(57)【要約】【課題】３Ｄ走査を行い得るレーダ用マイクロチップを提供すること。【解決手段】フェーズド・アレイ・レーダによる短距離検出のためのレーダ用マイクロチップは、アンテナ・アレイと共に複数の位相シフタを使用して、送信するレーダ・ビーム及び受信されたレーダ・ビームを、直交する各軸心に沿い操向することで、３Ｄ走査を達成する。レーダ・ビームを送信かつ受信するアンテナ・セルに対して接続された個々の位相シフタは、レーダの位相を制御することにより、２本の直交する軸心に沿い、レーダを操向する。上記レーダは次に、２つのビームが重なり合う箇所を検出する。各アンテナ・セルは更に、これらの直交軸心に沿い整列される。送信信号及び受信信号の各位相シフタ間の隔離バリアは、上記レーダ用マイクロチップ上のクロスカップリングを低減する。【選択図】図１
2014055957.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーダ信号を送信および受信するマイクロチップであって、
当該マイクロチップ上の複数の受信用位相シフタおよび複数の送信用位相シフタと、
当該マイクロチップの第1軸心に沿う複数の送信用アンテナ・セルと、
前記第1軸心に対して直交する当該マイクロチップの第2軸心に沿う複数の受信用アンテナ・セルとを備え、
各送信用アンテナ・セルに対しては少なくとも一つの前記送信用位相シフタが連結され、且つ、各受信用アンテナ・セルに対しては少なくとも一つの前記受信用位相シフタが連結される、マイクロチップ。
【請求項２】
前記各送信用位相シフタを前記各受信用位相シフタから分離する、当該マイクロチップ上の隔離バリアを備える、請求項１に記載のマイクロチップ。
【請求項３】
前記隔離バリアは、当該マイクロチップの全ての層を貫通する一連のビア(vias)であって、接地層に対して接続されたという一連のビア(vias)により構成される、請求項２に記載のマイクロチップ。
【請求項４】
前記各受信用位相シフタは、当該マイクロチップ上の受信アレイとしてグループ化される、請求項１から３のいずれか一つの請求項に記載のマイクロチップ。
【請求項５】
前記各送信用位相シフタは、当該マイクロチップ上の送信アレイとしてグループ化され、該送信アレイは、前記受信アレイとは別個であり且つ別体的であるべく配置される、請求項１から４のいずれか一つの請求項に記載のマイクロチップ。
【請求項６】
前記隔離バリアは、前記受信アレイと前記送信アレイとの間に位置すべく当該マイクロチップ上に配置される、請求項１から５のいずれか一つの請求項に記載のマイクロチップ。
【請求項７】
レーダ信号を送信および受信するために車両に搭載されるマイクロチップであって、
当該マイクロチップ上の複数の受信用位相シフタおよび複数の送信用位相シフタと、
当該マイクロチップの第1軸心に沿う複数の送信用アンテナ・セルと、
前記第1軸心に対して直交する当該マイクロチップの第2軸心に沿う複数の受信用アンテナ・セルとを備え、
当該マイクロチップが当該車両に対する垂直方向および水平方向の両方においてレーダ・ビームを制御し得る如く、各送信用アンテナ・セルに対しては少なくとも一つの前記送信用位相シフタが連結され、且つ、各受信用アンテナ・セルに対しては少なくとも一つの前記受信用位相シフタが連結される、マイクロチップ。
【請求項８】
前記第1軸心は、前記車両に関し、当該マイクロチップに沿い水平に整列される、請求項７に記載のマイクロチップ。
【請求項９】
前記第2軸心は、前記車両に関し、当該マイクロチップに沿い垂直に整列される、請求項７または８に記載のマイクロチップ。
【請求項１０】
前記各送信用位相シフタを前記各受信用位相シフタから分離する、当該マイクロチップ上の隔離バリアを備える、請求項７から９のいずれか一つの請求項に記載のマイクロチップ。
【請求項１１】
前記隔離バリアは、当該マイクロチップの全ての層を貫通する一連のビア(vias)であって、接地層に対して接続されたという一連のビア(vias)により構成される、請求項７から１０のいずれか一つの請求項に記載のマイクロチップ。
【請求項１２】
前記各受信用位相シフタは、当該マイクロチップ上の受信アレイとしてグループ化される、請求項７から１１のいずれか一つの請求項に記載のマイクロチップ。
【請求項１３】
前記各送信用位相シフタは、当該マイクロチップ上の送信アレイとしてグループ化され、該送信アレイは、前記受信アレイとは別個であり且つ別体的であるべく配置される、請求項７から１２のいずれか一つの請求項に記載のマイクロチップ。
【請求項１４】
前記隔離バリアは、前記受信アレイと前記送信アレイとの間に位置すべく当該マイクロチップ上に配置される、請求項７から１３のいずれか一つの請求項に記載のマイクロチップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体を検出するレーダ用マイクロチップに関し、更に詳細には、脅威的物体及び非脅威的物体の目標物分類機能を増進すべく自動車において使用されるレーダ用マイクロチップに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車においては、適応的巡航制御システム、種々の制御システムなどの如き車両用システムに対し、該自動車の周囲領域に関する情報を提供すべく、レーダ・システムが使用されることが多い。基本的なレーダ・システムは概略的に、送信用アンテナ・アレイ、受信用アンテナ・アレイ、及び、各信号を処理するために必要な付随機器を含んでいる。集積回路技術が進歩するにつれ、斯かる構成要素のサイズ及びコストは、レーダ・システムが、単一のマイクロチップ上に含まれ得ると共に、自動車において通常的となる程度まで、減少されている。
【０００３】
現在市販されている自動車用レーダ・システムの多くは、２次元(２Ｄ)で走査を行う。これらのシステムは、コスト及び実用性の故に、単一平面内を走査する。習用の２Ｄレーダ・システムは、物体の距離(range)及び方位角(azimuth)のみに関する情報を提供し得ることが多い。これらのシステムの多くは、自動車の前方の回りで水平方向に走査することから、該システムは垂直分解能を有さない。また、各システムは、固定された垂直な矩形領域を以て走査することから、道路表面上の物体と、道路表面の上方に吊下された物体とを区別し得ない。上記走査の平面的な性質の故に、実際的な用途においてレーダ・システムのアルゴリズムは、交通信号灯などの道路の上方の物体により混乱され、これらの物体を道路表面上であると解釈し得ることから、上記システムは、これらの物体を衝突の脅威として誤って識別することがあり得る。
【０００４】
通常的な２Ｄレーダは、物体の距離及び方位角に関する情報を提供する一方、３次元(３Ｄ)レーダ・システムは、物体の仰角(elevation)に関する情報を付加的に提供し得る。これにより、３Ｄレーダ・システムは、物体を３Ｄ空間内で位置決定し得ると共に、周囲領域を更に正確にモデル化し得る。３Ｄレーダを実現する２つの一般的技術としては、ビーム積層式レーダ(stacked beam radar)及びビーム操向式レーダ(steered beam radar)が挙げられる。ビーム積層式レーダは、所定の垂直範囲にわたり垂直に積層された複数本の狭幅ビームを発することにより、仰角を導出する。ビーム操向式レーダは、一本の狭幅ビームを所定の走査パターンを通して３次元的に操向することにより、３次元的に走査を行う。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
最近の自動車用システムは、多数のセンサ・ネットワークに依存して、常に変化する車両回りの環境に関する情報を提供する。しかし、これらのセンサ・ネットワークに対し、車両の回りの複数の物体を正しく分類し得ること、及び、脅威的であり得る物体を識別し得ることは、次第に困難となりつつある課題である。自動車において３Ｄレーダ・システムを使用することは好適であるが、それらの法外なコストの故に、これらのシステムは、気象予報及び軍事用途以外での使用が限られてきた様に思われる。故に、自動車において使用されるべく価格が手頃でコスト効率的な３Ｄレーダ・システムは、好適であろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に依れば、３Ｄ走査を行い得るレーダ用マイクロチップが提供される。送信用アンテナ・アレイ及び受信用アンテナ・アレイの各セルに対しては個別的な位相シフタが接続されることで、レーダ・システムは、送信及び受信されるレーダ信号またはビームを制御し得る。各アンテナ・アレイの各セルは、相互に対して直交して積層かつ整列され得ることから、上記レーダ・システムは、水平方向及び垂直方向の両方においてレーダ・ビームを制御し得る。この様にして上記マイクロチップは、積層ビーム及び操向ビームの技術を組み合わせ、既存の自動車用レーダ・システムに対して改良された物体分類機能を備えるコスト効率的な３Ｄ走査を達成し得る。
【０００７】
本発明の３Ｄ走査方法は、チップ上の複数の位相シフタをアンテナ・レイアウトに結合した組み合わせにより実現される。各位相シフタは、上記レーダ・システムの送信部分及び受信部分の両方に存在する。本発明の好適実施形態において、上記レーダ用マイクロチップの送信部分及び受信部分の各位相シフタは、単一のプリント回路基板(PCB)上に配置される。上記PCBレイアウトには隔離バリア(isolation barrier)が更に取入れられることで、上記レーダ用マイクロチップの上記送信部分及び受信部分の間のクロスカップリングが低減される。
【０００８】
単一のマイクロチップまたは複数のレーダ用マイクロチップは、レーダ信号を送信かつ受信する複数のアンテナのグリッド状アレイを提供し得る。上記アンテナ・アレイは、２本の直交する軸心に沿い載置された複数の個別的なアンテナ・セルにより形成され得る。これらの２本の軸心の頂点から開始し、各アンテナ・セルはそこから外方に展開し、アンテナ・セルの２つの別個のアレイもしくは列を形成し得る。一方の列の各アンテナ・セルはレーダ・ビームを送信するためのものであり、且つ、他方の直交する列の各アンテナ・セルはレーダ・ビームを受信するためのものである。
【０００９】
上記各軸心は３Ｄ走査を達成するために相互に直交することのみが必要とされるが、好適実施形態においては、送信列の各アンテナ・セルは、道路表面に対して水平線に沿って積層される。更に、受信列の各アンテナ・セルは、道路表面に対して垂直線に沿って積層される。上記送信列及び受信列は理想的には、列毎に同一数のアンテナ・セルを有するが、このことは必須ではない。
【００１０】
送信列のアンテナ・セルの個別的な各セルに対しては、上記レーダ用マイクロチップの上記送信部分から少なくとも一つの位相シフタが接続され、該レーダ用マイクロチップは、レーダ・ビームを水平方向に制御することが許容される。同様に、受信列のアンテナ・セルの個別的な各セルに対しては、上記レーダ用マイクロチップの上記受信部分から少なくとも一つの位相シフタが接続され、該レーダ用マイクロチップは、レーダ・ビームを垂直方向に制御することが許容される。
【００１１】
レーダ・ビームを水平方向及び垂直方向の両方において制御すると、上記レーダ用マイクロチップは、走査領域の全体にわたりビームを移動させることが許容される。上記レーダ用マイクロチップはまた、走査領域内で送信ビーム及び受信ビームが重なり合う箇所を検出することで、３Ｄ走査から得られた距離、方位角及び仰角の情報を用いて、３Ｄ空間内での物体の箇所も与え得る。３Ｄ走査により物体を位置決定すると、脅威的物体及び非脅威的物体の目標物分類機能が増進され得ることは理解される。
【００１２】
本発明は、幾つかの図を通して同様の参照符号が同様の部材を表すという添付図面と併せて以下の詳細な説明を参照すれば、更に良好に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係るレーダ用マイクロチップの代表的なレイアウトを示す図である。
【図２】各位相シフタと各アンテナ・セルとの間の接続を備えた、図１に示されたレーダ用マイクロチップの代表的なレイアウトを示す図である。
【図３】受信アレイに対する、レーダ・ビーム対走査方向のシミュレーション図である。
【図４】送信アレイに対する、レーダ・ビーム対走査方向のシミュレーション図である。
【図５】全ての方向において走査し得る小径ビームに帰着する、送信及び受信ビーム対走査方向の組み合わせのシミュレーション図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
レーダ信号を送信かつ受信するマイクロチップが提供される。該マイクロチップは、複数の受信用位相シフタ、及び、複数の送信用位相シフタを有し得る。これに加え、上記マイクロチップは、第1軸心に沿う複数の送信用アンテナ・セル、及び、第2軸心に沿う複数の受信用アンテナ・セルを有し得る。一定の場合、上記第2軸心は上記第1軸心に対して直交する。上記送信用アンテナ・セルの各々に対しては、上記送信用位相シフタの内の少なくとも一つの送信用位相シフタが連結され得ると共に、上記受信用アンテナ・セルの各々に対しては、上記受信用位相シフタの内の少なくとも一つの受信用位相シフタが連結され得る。
【００１５】
上記マイクロチップ上には、隔離バリアが存在し得ると共に、該隔離バリアは、各送信用位相シフタを、各受信用位相シフタから分離し得る。上記隔離バリアは、多層マイクロチップの全ての層を貫通する一連の垂直な相互接続通路(ビア(vias))により構成され得ると共に、各層を接地層に対して接続し得る。
【００１６】
各受信用位相シフタは、上記マイクロチップ上の受信アレイとしてグループ化され得ると共に、各送信用位相シフタは、上記マイクロチップ上の送信アレイとしてグループ化され得る。一定の場合、上記送信アレイは、上記受信アレイとは別個であり且つ別体的であり得る。これに加え、上記マイクロチップ上の上記隔離バリアは、上記受信アレイと上記送信アレイとの間に配置され得る。
【００１７】
先ず図１を参照すると、レーダ用マイクロチップ10が配備される。レーダ用マイクロチップ10は、複数の送信用位相シフタ12と、複数の受信用位相シフタ14と、隔離バリア16と、レーダ用マイクロチップに対して一般的であるミキサ18の如き付加的な構成要素とを含み得る。好適実施形態において、レーダ用マイクロチップ10の種々の構成要素は、多層式プリント回路基板(PCB)上に載置される。
【００１８】
各送信用位相シフタ12は、レーダ用マイクロチップ10により送信されるレーダ信号もしくはビームの位相を制御すべく、且つ、該ビームを操向すべく使用され得る。各受信用位相シフタ14もまた、レーダ信号がレーダ用マイクロチップ10により受信されたときに、該レーダ信号の位相を制御し且つ該ビームを操向すべく使用される。各送信用位相シフタ12は、集合的にグループ化されると共に、隔離バリア16により各受信用位相シフタ14から分離される。
【００１９】
隔離バリア16は、各送信用位相シフタ12と各受信用位相シフタ14との間に載置されることで、送信された信号と受信された信号との間のクロスカップリング(cross coupling)を低減する。クロスカップリングは、複数の電気信号が、マイクロチップ上の他の信号からの干渉の如き干渉により不都合に影響されるときに起こり得る。レーダ用マイクロチップ10上における各送信用位相シフタ12及び各受信用位相シフタ14が担持もしくは処理する信号の感受性と共に、該送信用位相シフタと受信用位相シフタとの間の非常な接近性によれば、それらは特に、信号中の誤差を増大することでレーダ走査の性能を低下させ得るクロスカップリングの影響を受け易くなる。
【００２０】
隔離バリア16は、多層式レーダ用マイクロチップ10のPCBの各層を貫通する一連の垂直な相互接続通路(ビア(vias))により構成され得る。隔離バリア16の領域内で、各ビア(vias)は、レーダ用マイクロチップ10の複数の金属層を接地面に対して接続し得る。隔離バリア16の電気的に接地された領域は、各送信用位相シフタ12と各受信用位相シフタ14との間のクロスカップリングを低減し得る。この様にして、隔離バリア16は、レーダ用マイクロチップ10のPCB上で各送信用位相シフタ12及び各受信用位相シフタ14が相互に非常に接近することを許容する一方、レーダ信号をクロスカップリングの悪影響から保護することにより、レーダ用マイクロチップ10の全体的なサイズが減少されることを許容し得る。
【００２１】
図２は、レーダ用マイクロチップ10及びレーダ・アンテナ・アレイ40の好適実施形態の配置構成を示している。レーダ・アンテナ・アレイ40は、複数の個別的な送信用アンテナ・セル42及び受信用アンテナ・セル46であり得る。各送信用アンテナ・セル42は、第1軸心60に関して整列されて、送信用アンテナ・アレイ44を形成する。各受信用アンテナ・セル46は、第2軸心62に関して整列されて、受信用アンテナ・アレイ48を形成する。第1軸心60及び第2軸心62は、相互に直交すると共に、好適実施形態において第1軸心60は概略的に水平であり且つ第2軸心62は概略的に垂直である。
【００２２】
送信用アンテナ・アレイ44における各送信用アンテナ・セル42は、レーダ用マイクロチップ10の各送信用位相シフタ12の内の少なくとも一つの送信用位相シフタに対して接続され得る。同様に、受信用アンテナ・アレイ48における各受信用アンテナ・セル46は、レーダ用マイクロチップ10の各受信用位相シフタ14の内の少なくとも一つの受信用位相シフタに対して接続され得る。これに加え、レーダ・アンテナ・アレイ40における各アンテナ・セルの位相は、レーダ用マイクロチップ10の各位相シフタの一つ以上により、個別的に制御され得る。送信用アンテナ・アレイ44または受信用アンテナ・アレイ48のいずれかにわたりレーダ・ビームの位相を変化させると、上記システムは、第1軸心60の方向もしくは第2軸心62の方向に沿い、レーダ・ビームを操向し得ることは理解される。
【００２３】
レーダ・アンテナ・アレイ40の送信用アンテナ・セル42及び受信用アンテナ・セル46は、短距離用のフェーズド・アレイ・レーダ・システムにおいて使用され且つ当業者に公知である任意の形式のアンテナ・セルとされ得、例示的には、マイクロストリップ・パッチアンテナ、スロット式導波アンテナ、印刷ダイポール・アンテナなどが挙げられる。斯かるアンテナは、一つのセル内に、リニア(シリーズ)フィードアレイ、コーポレートフィードアレイ、逐次フィードアレイ、または、それらの任意の組み合わせとして構成され得る。好適実施形態において、各送信用アンテナ・セル42及び各受信用アンテナ・セル46は、レーダ用マイクロチップ10として、同一のPCB上に集積化される。
【００２４】
次に図３に移ると、受信走査軸心84に沿い受信されたレーダ・ビーム82を示す第1シミュレーション80が提供される。各受信用位相シフタ14は、受信されたレーダ・ビーム82の位相を制御すると共に、該受信されたレーダ・ビーム82を受信走査軸心84に沿い操向する。これに加え、受信走査軸心84は、当該両方の軸心を概略的に垂直方向として、図２に示された第2軸心62と平行とされ得る。
【００２５】
図４は、送信走査軸心94に沿い送信されるレーダ・ビーム92の第2シミュレーション90を示している。各送信用位相シフタ12は、送信されるレーダ・ビーム92の位相を制御すると共に、送信されるレーダ・ビーム92を送信走査軸心94に沿い操向する。これに加え、送信走査軸心94は、当該両方の軸心を概略的に水平方向として、図２に示された第1軸心60と平行とされ得る。
【００２６】
図５には、受信されたレーダ・ビーム82と組み合わされた、送信されるレーダ・ビーム92のシミュレーションが示される。斯かるシミュレーションは、レーダ用マイクロチップ10が、走査された領域もしくは体積内において、送信されたレーダ・ビーム92が、収束点100にて、受信されたレーダ・ビーム82と重なり合うことを検出し得ることを例証する。これに加え、収束点100にて重なり合うビームは、目標物の距離、方位角及び仰角を決定すべく使用され得る。その故に、送信されるレーダ・ビーム92及び受信されるレーダ・ビーム82の両方を、夫々の走査軸心94、84に沿い走査すると、３Ｄ走査が達成され得る。
【００２７】
上述からは、本発明が、アンテナ・アレイとともに位相シフタを使用し、送信されるレーダ・ビーム及び受信されたレーダ・ビームを、直交する各軸心に沿い操向することで３Ｄ走査を達成することが理解され得る。本発明を記述してきたが、当業者であれば、添付の各請求項の有効範囲により定義される本発明の精神から逸脱せずに、本発明に対する多くの改変は明らかであろう。
【符号の説明】
【００２８】
10    マイクロチップ
12    送信用位相シフタ
14    受信用位相シフタ
16    隔離バリア
42    送信用アンテナ・セル
46    受信用アンテナ・セル
60    第1軸心
62    第2軸心
【図１】
2014055957.tif 000003
【図２】
2014055957.tif 000004
【図３】
2014055957.tif 000005
【図４】
2014055957.tif 000006
【図５】
2014055957.tif 000007