JP3602266B2

JP3602266B2 - Radar module

Info

Publication number: JP3602266B2
Application number: JP17432096A
Authority: JP
Inventors: 博植松; 工藤　　浩; 正信浦辺
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1996-06-13
Filing date: 1996-06-13
Publication date: 2004-12-15
Anticipated expiration: 2016-06-13
Also published as: JPH102953A

Description

【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、車載用平面アレイアンテナ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は、等間隔を保って直線状に配列された複数のパッチから成りチルト角を有する平面アレイアンテナで構成される送受共用アンテナの群であって、互いに逆向きにかつ互いに交差指状に配列される第１，第２の群から成る一次放射器と、前記送受共用アンテナの第１，第２の群に対応して対向配列されるＭＭＩＣで構成される送受信部の第１，第２の群と、前記送受信アンテナの第１，第２の群と対応の送受信部の第１，第２の群の間に配列されるサーキュレータの第１，第２の群であって、対応の送受信アンテナに供給される送信信号と対応の送受信アンテナから供給される受信信号を分離するものと、前記送受信部の第１，第２の群に対応して対向配置され、第１，第２の群のそれぞれに属する送受信部に送信ＦＭ信号を供給する第１，第２の送信ＦＭ信号発生部とが誘電体又は磁性体の基板上にマイクロストリップ線路の形式で形成された部分と、この部分に含まれる前記一次放射器を焦点の近傍に配置させるように設置された反射鏡又は誘電体レンズとを備えている。
【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、前記第１，第２の送受信ＦＭ信号発生部から前記送受信部の第１、第２の群のそれぞれに属する送受信部に供給されるＦＭ信号は、マイクロストリップ線路の分岐箇所に薄膜抵抗器が挿入された構造の多段配列の２分岐回路を通して分配されることにより、反射損失の少ない良好な特性の２分岐機能が実現される。
以下、本発明の詳細を実施例と共に詳細に説明する。
【０００６】
図２は、本発明の一実施例のＦＭレーダモジュール１０と本体部２０とで構成されるＦＭレーダーシステムの機能構成を示す機能ブロック図である。
【０００７】
ＦＭレーダーモジュール１０は、送受共用の平面アレイアンテナ部１２、送受信部１３、サーキュレータ部１４、ＦＭ信号発生部１８及びＦＭ信号分配部１９から構成されている。平面アレイアンテナ部１２、送受信部１３及びサーキュレータ部１４は、１６個の送受信チャネルＡ，Ｂ，Ｃ・・・・Ｐのそれぞれに対応した１６個の部分１２ａ〜１２ｐ、１３ａ〜１３ｐ、１４ａ〜１４ｐから構成されている。ＦＭ信号発生部１８は、１６個の送受信チャネルに共通の部分として構成されており、ここで発生されたＦＭ信号がＦＭ信号分配部１９を介して各送受信チャネルの送受信部１２ａ〜１２ｐに分配される。
【０００８】
各送受信チャネルの送受信部１３ａ〜１３ｐのそれぞれは、送信選択増幅器１５ａ〜１５ｐと、受信選択増幅器１６ａ〜１６ｐと、ミキサー１７ａ〜１７ｐとを備えている。１６個の送受信チャネルＡ〜Ｐの送受信部１３ａ〜１３ｐのそれぞれは、マイクロストリップ線路形式の多段配列の２分岐回路で構成されるＦＭ信号分配部１９を通してＦＭ信号発生部１８から供給される送信対象のＦＭ信号を受ける。このＦＭ信号発生部１８は、電圧制御発振器（ＶＣＯ）で構成され、周波数が三角波状あるいは鋸波状に変化するＦＭ信号を発生して出力するＦＭ信号発生器１８ａと、この出力されたＦＭ信号の周波数を逓倍する周波数逓倍器１８ｂとから構成されている。
【０００９】
図２の機能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。比誘電率９．７の高純度のアルミナセラミックを素材とする誘電体基板は、送受共用のアンテナ部１２、送受信部１３、ＦＭ信号発生部１８及びＦＭ信号分配部１９のそれぞれごとに分割されており、それぞれの上に上記各部がマイクロストリップ線路形式で形成されている。送受信部１３、ＦＭ信号発生部１８及びＦＭ信号分配部１９は、最終組立時に各部の誘電体基板とそれぞれの裏面の金属板とが接触状態を保ちながら金属筐体ＭＣ内に固定され、各部に形成されていたマイクロストリップ線路どうしが金属箔又は線によって接続される。また、サーキュレータ部１４は、金属板上に配置されたフェライト基板上に組立てられている。組立ての最終段階で、金属筐体ＭＣの開口面が金属板によって遮蔽される。
【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、送受共用アンテナ部１２と、送受信部１３と、これらの間に設置されるサーキュレータ部１４とが二つの群に分割されている。
【００１１】
平面アレイアンテナ１２ａ〜１２ｐのそれぞれは、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３個のパッチから成り、それぞれの給電線路の先端側の直線部とほぼ直交する方向に配列されている。１６個の平面アレイアンテナは、８個の平面アレイアンテナ１２ａ〜１２ｈから成る一方の群と、残り８個の平面アレイアンテナ１２ｉ〜１２ｐから成る他方の群の２群に分けられており、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逆向き（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。
【００１２】
送受信部１３を構成する８個のＭＭＩＣ１３ａ〜１３ｈのそれぞれには、ＭＭＩＣ１３ａで代表して図３の等価回路図に示すように、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モノリシック・マイクロウエーブ集積回路（ＭＭＩＣ）の形式でＧａＡｓ半導体基板上に形成されている。すなわち、図３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。このＭＭＩＣが形成されたＧａＡｓ半導体基板は、窒素ガスが充填されたセラミック製のパッケージ内に収容されている。
【００１３】
図３を参照すれば、送受信チャネルＡの３個のパッチＰａ１〜Ｐａ３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１６ａを介してＦＭ信号が選択的に供給される。
【００１４】
同様に、送受信チャネルＢの３個のパッチＰｂ１〜Ｐｂ３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。
【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信号分配部１９を構成する各信号分岐回路の形状を示す平面図である。この信号分岐回路のインピーダンス整合が図るために、抵抗値１００Ωの薄膜抵抗器Ｒがマイクロストリップ線路の分岐箇所に挿入される。
【００１７】
図５は、図１のＦＭレーダーモジュール１０を金属製のホルダー４０に保持させて反射鏡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。反射鏡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１６個の平面アレイアンテナ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ・・・・１２ｐから構成されるアンテナ部１２が配置される。１６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、反射鏡３０で反射され水平方向にそれぞれ異なる角度で反射鏡３０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、反射鏡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。
【００１８】
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３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６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。
【００１９】
なお、図６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。
【００２０】
再び図５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、反射鏡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を反射鏡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。
【００２１】
再び図２の構成ブロック図を参照すれば、ＦＭレーダモジュール１０のＦＭ信号発生器１８から供給されるミリ波帯のＦＭ信号は、ＦＭ信号分配部１９で分岐されたのち、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。
【００２２】
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。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信号に大きな通過損失を与えることにより、ＦＭ信号分配部１９とサーキュレータ１４ａ〜１４ｐとの間を実質的に分離する。
【００２３】
すなわち、各送信選択増幅器は、ＦＭ信号分配部１９とサーキュレータ１４ａ〜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１５ａ〜１５ｐ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。
【００２４】
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１７ａ〜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ＦＭ信号が供給される。この受信選択増幅器１６ａ〜１６ｐ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。
【００２５】
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と、チャネル制御回路２２からの制御信号によって選択的に開閉されるセレクタ２４とを経て本体部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。
【００２６】
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７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。
【００２７】
図８は、図１のＭＭＩＣ１３ａ〜１３ｉの構成の他の一例を示す平面図であり図９は、この平面図中のＡーＡ’断面図である。ただし、図８の平面図は、上蓋１５０を取り外した状態を示している。このＭＭＩＣ１３ａ〜１３ｉが図１のＭＭＩＣ１３ａ〜１３ｉと異なる点は、バイアス供給端子や送受信増幅器の制御信号端子やビート信号の出力端子をパッケージの外部に形成する代わりに、パッケージの内部から金属製基板１００を通してその裏側に形成している点である。
【００２８】
すなわち、隣接する２個の送受信チャネルの送受信部を形成する２個のＭＭＩＣ１１０、１２０が、金属製基板１００上に固定され、信号入力端子１３１を通して供給されたＦＭ信号が誘電体基板１３０上に形成されたマイクロストリップ線路形式の２分岐回路（図示省略）で２分割され、ビームリード１１３，１２３を通してＭＭＩＣ１１０，１２０のそれぞれに供給される。ＭＭＩＣ１１０と１２０上には、図３に示した回路構成で送信増幅器、受信増幅器、ミキサーが配置されているが、その図示は省略されている。なお、ＭＭＩＣ１１０，１２０のそれぞれを誘電体の隔壁１４０を介在させながら配置することにより、パッケージ内のキャビティ共振の周波数を信号帯域よりも高域に押し上げている。
【００２９】
送信ＦＭ信号は、信号出力端子１１１と１２１を通してサーキュレータに供給され、サーキュレータを経た受信信号は信号入力端子１１２，１２２を介してＭＭＩＣ１１０と１２０のそれぞれに供給される。ＭＭＩＣ１１０，１２０のそれぞれが発生したビート信号は、ボンディングワイヤ１１９，１２９のそれぞれと、出力端子１１５，１２５のそれぞれを介して金属製基板１００の裏面側に出力され、この裏面側から同軸線路（図示省略）を介して本体部分に送られる。バイアス電圧と増幅器の制御信号は、他の信号端子１１４，１２４などを介してＭＭＩＣ１１０，１２０のそれぞれに供給される。なお、１１６，１１８，１２６，１２８は気密封止のための絶縁体である。
【００３０】
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。
【００３１】
また、送受共用のアンテナ部をチルト角を有する一次放射器と反射鏡との組合せにより構成することにより小型化を図る例を説明した。しかしながら、この送受共用のアンテナ部をチルト角ゼロの一次放射器と誘電体レンズとの組合せによって実現することもできる。
【００３２】
【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。また、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・パラボラアンテナなどの反射鏡や誘電体レンズなどが設置される構成であるから、ビーム走査範囲の広角化と高方位分解能化と、所望のアンテナ利得を確保したうえでの小型化が一層容易に実現される。
【００３３】
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。また、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。
【００３４】
さらに、ＦＭ信号発生回路１８を本体部２０に設ける代わりに、互いに対向配列される１対のＦＭ信号発生部とＦＭ信号分岐部とをレーダモジュール上に一体として実装する構成を採用したことにより、一層の小型化と低コスト化とを実現できる。
【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３】図２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４】図１のＦＭ信号分配回路１９を構成する各信号分岐回路の形状を示す平面図である。
【図５】図１の実施例のＦＭレーダーモジュールを含むレーダーシステムの構造を示す斜視図である。
【図６】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。
【図７】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８】図１のＭＭＩＣ１３ａ〜１３ｉの構成の他の一例を示す平面図である。
【図９】図１のＭＭＩＣ１３ａ〜１３ｉの構成の他の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ＦＭ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[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a radar module used in a millimeter-wave FM radar system for a vehicle.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a scanning planar array antenna as disclosed in US Pat. No. 5,008,678 has been known as an on-vehicle radar system. This planar array antenna realizes beam scanning by a combination of a plurality of planar antennas, a passive phased array such as a Butler matrix, and a switching circuit.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The scanning type planar array antenna of the prior art has a configuration in which the beam angle is scanned using a passive type phased array, and thus has a problem that the angle scanning range cannot be made very large. In addition, this scanning type planar array antenna requires an array antenna dedicated to transmission and an array antenna dedicated to reception, so that miniaturization is difficult, and in particular, application to a planar array antenna for mounting on a vehicle becomes difficult. There is.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a small-sized radar module and a planar array antenna which have a wide beam angle scanning range and are suitable for use in vehicles.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
Radar module of the present invention is a group of configured transceiving antenna in planar array antenna that maintains a regular intervals having a tilt angle made of a plurality of linearly arranged patch, and opposite to each other A primary radiator composed of first and second groups arranged in a cross-finger shape with each other, and a transmitting / receiving unit composed of MMICs arranged facing each other corresponding to the first and second groups of the dual-use antenna. The first and second groups and the first and second groups of circulators arranged between the first and second groups of the transmitting and receiving antennas and the corresponding first and second groups of the transmitting and receiving units. A transmitter for separating a transmission signal supplied to the corresponding transmission / reception antenna and a reception signal supplied from the corresponding transmission / reception antenna; , To the transmission / reception units belonging to each of the second groups. First supplying an FM signal, focus and the second transmission FM signal generator and is formed in the form of a microstrip line on a substrate of a dielectric or magnetic portion, said primary radiator included in this section And a reflecting mirror or a dielectric lens installed so as to be disposed in the vicinity of .
[0005]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
According to a preferred embodiment of the present invention , the FM signals supplied from the first and second transmission / reception FM signal generation units to the transmission / reception units belonging to the first and second groups of the transmission / reception units are: By distributing through a multi-stage two-branch circuit having a structure in which a thin film resistor is inserted at a branch point of a microstrip line, a two-branch function with good characteristics with little reflection loss is realized.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with examples.
[0006]
FIG. 2 is a functional block diagram showing a functional configuration of the FM radar system including the FM radar module 10 and the main body 20 according to one embodiment of the present invention.
[0007]
The FM radar module 10 includes a planar array antenna unit 12 for transmission and reception, a transmission / reception unit 13, a circulator unit 14, an FM signal generation unit 18, and an FM signal distribution unit 19. The planar array antenna unit 12, the transmission / reception unit 13, and the circulator unit 14 include 16 portions 12a to 12p, 13a to 13p, 14a to 14p corresponding to the 16 transmission / reception channels A, B, C,... It is composed of The FM signal generation unit 18 is configured as a common part for the 16 transmission / reception channels, and the FM signal generated here is distributed to the transmission / reception units 12a to 12p of each transmission / reception channel via the FM signal distribution unit 19. You.
[0008]
Each of the transmission / reception units 13a to 13p of each transmission / reception channel includes transmission selection amplifiers 15a to 15p, reception selection amplifiers 16a to 16p, and mixers 17a to 17p. Each of the transmission / reception units 13a to 13p of the 16 transmission / reception channels A to P is a transmission target supplied from the FM signal generation unit 18 through the FM signal distribution unit 19 constituted by a multi-segment two-branch circuit of a microstrip line type. Receiving the FM signal. The FM signal generator 18 is constituted by a voltage controlled oscillator (VCO), generates and outputs an FM signal whose frequency changes in a triangular or sawtooth waveform, and an FM signal generator 18a for generating the FM signal. And a frequency multiplier 18b for multiplying the frequency.
[0009]
The FM radar module 10 shown in the functional block diagram of FIG. 2 has a physical structure as shown in the plan view of FIG. A dielectric substrate made of high-purity alumina ceramic having a relative dielectric constant of 9.7 is divided into an antenna unit 12 for transmission and reception, a transmission / reception unit 13, an FM signal generation unit 18 and an FM signal distribution unit 19, respectively. Each part is formed on each of them in a microstrip line format. The transmission / reception unit 13, the FM signal generation unit 18, and the FM signal distribution unit 19 are fixed in the metal housing MC while maintaining the contact state between the dielectric substrate of each unit and the metal plate on each back surface during the final assembly. The formed microstrip lines are connected by a metal foil or a wire. Further, the circulator 14 is assembled on a ferrite substrate arranged on a metal plate. At the final stage of assembly, the opening surface of the metal housing MC is shielded by the metal plate.
[0010]
In this FM radar module, in order to secure an installation space for 16 relatively large circulators, the transmission / reception shared antenna section 12, the transmission / reception section 13, and the circulator section 14 installed therebetween are two. Divided into groups.
[0011]
Each of the planar array antennas 12a to 12p is composed of three patches arranged at predetermined intervals along a linear portion on the distal end side of the feed line, in a direction substantially orthogonal to the linear portion on the distal end side of each feed line. Are arranged. The 16 planar array antennas are divided into two groups, one group consisting of eight planar array antennas 12a to 12h and the other group consisting of the remaining eight planar array antennas 12i to 12p. The planar array antenna belonging to the group and the planar array antenna belonging to the other group are arranged in the form of fingers intersecting with each other on the linear portion on the tip side of the feed line of the corresponding group extending in the opposite direction (different direction by 180 ^° ). Have been.
[0012]
As shown in the equivalent circuit diagram of FIG. 3, each of the eight MMICs 13 a to 13 h constituting the transmission / reception unit 13 has two transmission / reception channels adjacent to each other among a total of 18 transmission / reception channels. Are formed on a GaAs semiconductor substrate in the form of a monolithic microwave integrated circuit (MMIC). That is, as shown in FIG. 3, the MMIC 13a includes a transmission / reception unit of the transmission / reception channel A including the transmission selection amplifier 15a, the reception selection amplifier 16a, and the mixer 17a, and the transmission selection amplifier 15b, the reception selection amplifier 16b, and the mixer 17b. A transmission / reception unit for transmission / reception channel B is formed. The GaAs semiconductor substrate on which the MMIC is formed is housed in a ceramic package filled with nitrogen gas.
[0013]
Referring to FIG. 3, the base side of the feeder line FLa connected to the planar array antenna 12 a including the three patches Pa <b> 1 to Pa <b> 3 of the transmission / reception channel A is connected to the transmission part TXOUT and the reception part RXIN with the circulator 14 a interposed therebetween. Are separated. The transmission portion TXOUT of the power supply line separated by the circulator 14a is connected to the input terminal TXIN of the FM signal via the transmission selection amplifier 15a, and the separated reception portion RXIN is connected to one input terminal of the mixer 17a. I have. The FM signal is selectively supplied to the other input terminal of the mixer 17a from the input terminal TXIN via the reception selection amplifier 16a.
[0014]
Similarly, the base side of the feeder line FLb connected to the planar array antenna 12b including the three patches Pb1 to Pb3 of the transmission / reception channel B is separated into a transmission part TXOUT and a reception part RXIN with the circulator 14b interposed therebetween. I have. The transmission part TXOUT of the power supply line separated by the circulator 14b is connected to the input terminal TXIN of the FM signal via the transmission selection amplifier 15b, and the separated reception part RXIN is connected to one input terminal of the mixer 17b. I have. The FM signal is selectively supplied to the other input terminal of the mixer 17b from the input terminal TXIN via the reception selection amplifier 16b.
[0015]
Note that, in the transmission and reception channels A and B, the adjacent 14a and 14b are applied with a DC magnetic field in opposite directions, and as a result, the rotation directions of the signals are set to be opposite to each other. By applying the oppositely directed DC magnetic fields to the adjacent circulators in this way, they cancel each other to prevent the generation of the DC magnetic field.
[0016]
FIG. 4 is a plan view showing the shape of each signal branch circuit constituting the FM signal distribution unit 19 of FIG. In order to achieve impedance matching of the signal branch circuit, a thin film resistor R having a resistance value of 100Ω is inserted at a branch point of the microstrip line.
[0017]
FIG. 5 is a perspective view showing a configuration in a case where the FM radar module 10 of FIG. 1 is held by a metal holder 40 and integrated with the reflecting mirror 30 so that the antenna section 12 functions as a primary radiator. is there. The curved surface of the reflecting mirror 30 forms a part of a paraboloid, and is composed of 16 planar array antennas 12a, 12b, 12c,... 12p functioning as primary radiators near the focal point of the paraboloid. The antenna unit 12 is arranged. Millimeter-wave band FM signals radiated from each of the 16 planar array antennas 12a to 12p are reflected by the reflector 30 and radiated in front of the reflector 30 at different angles in the horizontal direction. That is, the primary radiator including the antenna body 12 and the reflecting mirror 30 constitute an offset / defocus / parabolic antenna.
[0018]
The planar array antennas 12a to 12p of the transmission / reception channels constituting the primary radiator have a structure in which three rectangular patches are arranged at predetermined intervals along a linear portion on the tip side of each feeder line. . Therefore, radio waves radiated from each planar array antenna are radiated in a direction of a predetermined tilt angle. That is, as shown in the cross-sectional view of FIG. 6, the radiation direction of radio waves radiated from each patch (indicated by a solid line) is the same phase plane of radio waves radiated from each patch (indicated by a dotted line). And has a tilt angle of θ with respect to a normal indicated by a one-dot chain point on the dielectric substrate. The equiphase plane of the radiated radio wave is determined by the delay time when the radiated radio wave propagates on the feeder line and in the air.
[0019]
In FIG. 6, the thickness of the patch is larger than that of the feeder line in order to distinguish the patch from the feeder line, but they are actually the same thickness. In addition, two planar array antennas belonging to one group and eight planar array antennas belonging to the other group are radiated to the secondary radiator at the same tilt angle so that two planar array antennas are provided for each group. The lengths of the feed lines connecting the rectangular patches differ by almost half a wavelength.
[0020]
Referring back to FIG. 5, since each of the planar array antennas 12 a to 12 p has the above-described tilt angle θ, the FM radar module 10 which is considerably large compared to the primary radiator is radiated from the reflecting mirror 30. The inconvenience of obstructing the path of the radio wave is effectively avoided. For this reason, the FM radar module 10 including the antenna unit 12 as a primary radiator can be installed close to the reflecting mirror 30. As a result, an FM radar module having an MMIC structure in which the antenna main body 12 serving as the primary radiator is formed on the single dielectric substrate 10 together with the transmitting / receiving unit.
[0021]
Referring again to the block diagram of FIG. 2, the FM signal in the millimeter wave band supplied from the FM signal generator 18 of the FM radar module 10 is branched by the FM signal distribution unit 19, and then transmitted to the 16 transmission / reception channels. Each of the 16 transmission selection amplifiers 15a to 15p installed corresponding to AP is selectively amplified only within a predetermined period. Each of the transmission selection amplifiers 15a to 15p sequentially performs the amplifying operation of the FM signal only within a predetermined period in the order of arrangement according to the channel control signal supplied from the channel control circuit 22 of the main unit 20.
[0022]
Each of the transmission selection amplifiers 15a to 15p includes a field-effect transistor (FET) connected in cascade in two stages, a switching transistor for intermittently supplying a drain voltage for operation to each field-effect transistor according to the channel control signal, and the like. , And selectively performs an amplification operation only during the supply period of the operation power. When the drain voltage is not supplied, each of the transmission selection amplifiers 15a to 15p gives a large passage loss to the FM signal passing therethrough, so that the transmission selection amplifiers 15a to 15p substantially connect between the FM signal distribution unit 19 and the circulators 14a to 14p. To separate.
[0023]
That is, each transmission selection amplifier functions as a switch having a gain for selectively connecting / disconnecting between the FM signal distribution unit 19 and the circulators 14a to 14p. The FM signals in the millimeter wave band amplified by the transmission selection amplifiers 15a to 15p pass through the corresponding circulators 14a to 14p installed corresponding to the respective transmission and reception channels, and correspond to the corresponding planar array antennas 12a to 12p. And is radiated to the outside of the dielectric substrate 11 from each. The radiated FM signal is further reflected by the secondary radiator 30 and radiated to the outside of the vehicle.
[0024]
Some of the millimeter-wave band FM signals emitted to the outside of the vehicle are reflected by an object, and follow the reverse path to that at the time of radiation, and each of the planar array antennas 12a to 12p of the antenna unit 12 of the radar module. Is received. The reflected waves received by the respective planar array antennas are separated from the transmission system by the circulators 14a to 14p and input to the reception signal input terminals, which are one input terminals of the mixers 17a to 17p in the transmission / reception unit. Local selection input terminals, which are the other input terminals of the mixers 17a to 17p, are provided with reception selection amplifiers 16a to 16a which perform an intermittent amplification operation only for a predetermined period in an arrangement order according to a channel control signal supplied from the channel control circuit 22. FM signals are sequentially supplied through 16p. The fact that each of the reception selection amplifiers 16a to 16p functions as a substantial switch is the same as in the case of the transmission selection amplifier described above.
[0025]
The beat signals output from the output terminals of the mixers 17a to 17p pass through a line such as a coaxial cable and the A / D conversion of the main unit 20 via a selector 24 selectively opened and closed by a control signal from a channel control circuit 22. The digital signal is supplied to the device 25 and converted into a corresponding digital signal. This digital beat signal is supplied to a fast Fourier transform (FFT) circuit 25, where it is converted into a frequency spectrum and supplied to the CPU 21.
[0026]
The CPU 21 analyzes the frequency spectrum of the received reflected signal received from the fast Fourier transform circuit 25, and calculates the distance to each transmitting / receiving channel, that is, the object that has generated the reflected wave for each azimuth angle. Typically, the CPU 21 creates a two-dimensional map for an obstacle as illustrated in FIG.
[0027]
FIG. 8 is a plan view showing another example of the configuration of the MMICs 13a to 13i in FIG. 1, and FIG. 9 is a sectional view taken along the line AA 'in this plan view. However, the plan view of FIG. 8 shows a state in which the upper cover 150 has been removed. The MMICs 13a to 13i are different from the MMICs 13a to 13i of FIG. 1 in that a bias supply terminal, a control signal terminal of a transmission / reception amplifier, and an output terminal of a beat signal are formed outside the package. Is formed on the back side of the through hole.
[0028]
That is, two MMICs 110 and 120 forming the transmitting and receiving units of two adjacent transmitting and receiving channels are fixed on the metal substrate 100, and the FM signal supplied through the signal input terminal 131 is formed on the dielectric substrate 130. Is divided into two by a divided microstrip line type two-branch circuit (not shown) and supplied to the MMICs 110 and 120 through beam leads 113 and 123, respectively. A transmission amplifier, a reception amplifier, and a mixer having the circuit configuration shown in FIG. 3 are arranged on the MMICs 110 and 120, but are not shown. By arranging each of the MMICs 110 and 120 with the dielectric partition 140 interposed therebetween, the frequency of cavity resonance in the package is raised to a range higher than the signal band.
[0029]
The transmission FM signal is supplied to the circulator through the signal output terminals 111 and 121, and the reception signal having passed through the circulator is supplied to the MMICs 110 and 120 through the signal input terminals 112 and 122, respectively. Beat signals generated by the MMICs 110 and 120 are output to the back side of the metal substrate 100 via the bonding wires 119 and 129 and the output terminals 115 and 125, respectively. (Omitted) to the main body. The bias voltage and the control signal of the amplifier are supplied to the MMICs 110 and 120 via other signal terminals 114 and 124 and the like. Incidentally, reference numerals 116, 118, 126 and 128 are insulators for hermetic sealing.
[0030]
The present invention has been described above using the case of the FM radar module as an example. However, the present invention can be applied to other types of radar modules such as an AM radar module and a pulse radar module.
[0031]
In addition, an example has been described in which the antenna unit for both transmission and reception is configured with a combination of a primary radiator having a tilt angle and a reflector to reduce the size . However, the antenna unit for both transmission and reception can be realized by a combination of a primary radiator having a zero tilt angle and a dielectric lens.
[0032]
【The invention's effect】
As described in detail above, the radar module of the present invention has a small planar array antenna, in which a plurality of small planar array antennas are arranged in a state that can be shared by the transmission unit and the reception unit via the circulator, so that the limited mounting space is limited. Originally, the number of planar array antennas can be increased, and the beam scanning range can be widened. In addition, since a large number of planar array antennas are used as primary radiators, such as offset mirrors, defocus parabolic antennas, and other reflectors and dielectric lenses are installed , the beam scanning range can be widened and the azimuth resolution can be increased. Thus , downsizing while securing a desired antenna gain is more easily realized.
[0033]
In addition, high-density mounting is realized by combining a planar array antenna with a circulator for transmission and reception. Further, by adopting the single dielectric selection amplifier circuit of the transmitting side and the receiving side on a substrate by MMIC or mixer, etc. to form a structure, a high density suitable for use in automotive, small size, low cost and high resolution Scan FM radar system can be realized, and it can be applied to a wide range of vehicles such as active cruise control system and collision avoidance system.
[0034]
Furthermore, instead of providing the FM signal generation circuit 18 in the main body 20, a configuration is adopted in which a pair of FM signal generation units and an FM signal branch unit that are arranged to face each other are integrally mounted on the radar module. Further downsizing and cost reduction can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing the structure of an FM radar module according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an FM radar system including the FM radar module of the embodiment of FIG.
FIG. 3 is an enlarged plan view showing the configuration of transmission / reception channels A and B of the FM radar module of FIG. 2;
FIG. 4 is a plan view showing a shape of each signal branch circuit included in the FM signal distribution circuit 19 of FIG. 1;
FIG. 5 is a perspective view showing a structure of a radar system including the FM radar module of the embodiment of FIG. 1;
FIG. 6 is a conceptual diagram for explaining a tilt angle of a planar array antenna of the FM radar module according to the embodiment of FIG. 1;
FIG. 7 is a conceptual diagram showing an example of a distribution of a distance and an azimuth of a reflection object detected by an FM radar system including the FM radar module of the embodiment of FIG. 1;
FIG. 8 is a plan view showing another example of the configuration of the MMICs 13a to 13i in FIG.
FIG. 9 is a sectional view showing another example of the configuration of the MMICs 13a to 13i in FIG. 1;
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 10 FM radar module 11 Dielectric substrate 12 Antenna units 12a to 12p Planar array antennas 13a to 13h for each transmission / reception channel MMIC in which transmission / reception units for two adjacent transmission / reception channels are formed
14a-14p Circulator 15a-15p Transmission selection amplifier 16a-16p Reception selection amplifier 17a-17p Mixer TXIN Input terminal BTa of transmission FM signal of transmission / reception channels A and B Output terminal BTb of beat signal of transmission / reception channel A Beat signal of transmission / reception channel B Output terminal

Claims

A group of configured transceiving antenna while maintaining equal intervals in planar array antenna that have a tilt angle comprises a plurality of patches arranged in a line, they are arranged in opposite directions and the interdigitated with each other to each other A primary radiator comprising first and second groups ;
First and second groups of transmission / reception units configured by MMICs arranged to face each other corresponding to the first and second groups of the transmission / reception shared antennas;
First and second groups of circulators arranged between the first and second groups of the transmitting and receiving antennas and the first and second groups of the corresponding transmitting and receiving units, which are supplied to the corresponding transmitting and receiving antennas; And a receiver for separating a transmission signal and a reception signal supplied from a corresponding transmission / reception antenna.
First and second transmission FM signal generators which are arranged opposite to the first and second groups of the transmission and reception units and supply transmission FM signals to the transmission and reception units belonging to the first and second groups, respectively. And a portion formed in the form of a microstrip line on a dielectric or magnetic substrate ,
A radar module comprising: a reflecting mirror or a dielectric lens installed so as to arrange the primary radiator included in this portion near a focal point .

In claim 1,
The FM signals supplied from the first and second transmission / reception FM signal generation units to the transmission / reception units belonging to the first and second groups of the transmission / reception units, respectively, have a thin film resistor inserted at a branch point of the microstrip line. A radar module, which is distributed through a multi-stage two-branch circuit having a structured structure .

A group of transmission / reception shared antennas composed of a planar array antenna having a tilt angle composed of a plurality of patches arranged at equal intervals in a straight line, and arranged in opposite directions and interdigitated with each other. 1, the second group ;
First and second groups of transmission / reception units that are arranged to face each other corresponding to the first and second groups of the transmission / reception shared antennas;
First and second groups of circulators arranged between the first and second groups of the transmitting and receiving antennas and the first and second groups of the corresponding transmitting and receiving units, which are supplied to the corresponding transmitting and receiving antennas; And a receiver for separating a transmission signal and a reception signal supplied from a corresponding transmission / reception antenna.
First and second transmission FM signal generators which are arranged opposite to the first and second groups of the transmission and reception units and supply transmission FM signals to the transmission and reception units belonging to the first and second groups, respectively. With
The first, the transceiver unit belonging to the second group, the transceiver unit of the transmitting and receiving unit of two by two adjacent is within each of a plurality of packages, constituted by being housed with format MMIC A radar module characterized in that:

In claim 3 ,
The interior of each of the plurality of packages is filled with an inert gas .

In one of claims 3 and 4,
2. The radar module according to claim 1, wherein the two transmitting / receiving units accommodated in each of the plurality of packages are arranged in each of the packages with a dielectric partition therebetween.

In one of claims 1 to 5 ,
The first and second transmission FM signal generation units, the first and second groups of the transmission and reception units , the first and second groups of the circulators , and the primary radiator are provided on a dielectric or magnetic substrate. It is formed in the form of a microstrip line, and some of the parts are separately formed on separate dielectric or magnetic substrates, and the connection between the microstrip lines of each part is made at the time of final assembly. And the radar module.

In one of claims 3 to 6 ,
The radar module according to claim 1, wherein the group of the transmitting and receiving antennas forms a primary radiator of a defocused multibeam antenna.

In one of claims 1 to 7 ,
The transmission portion of the transceiver includes a selectively supplies transmission amplification circuit to that of the corresponding group of said transceiving antenna to selectively amplify said transmission FM signal, the receiver of each transceiver unit is the A radar module comprising a reception amplifier circuit for selectively amplifying a transmission FM signal and selectively amplifying the transmission FM signal to a mixer.