(57)【要約】【課題】マイクロ波ＩＣから送受アンテナに至る導波路における損失をより低減することが可能な実装基板等を提供する。【解決手段】実装基板は、回路基板と接続器とを備える。回路基板は、マイクロ波集積回路素子が搭載される実装表面を有し、マイクロ波集積回路素子は第１および第２のアンテナ入出力端子を含む複数の端子を有する。接続器は、第１および第２のアンテナ入出力端子を導波路装置に接続する。接続器は、第１のアンテナ入出力端子に接続される第１の導電体部分と、第２のアンテナ入出力端子に接続される第２の導電体部分と、第１の導電体部分の端面と第２の導電体部分の端面とが対向する帯状間隙とを有している。帯状間隙は、第１の導電体部分の端面と第２の導電体部分の端面との間の距離が局所的に短くなる幅狭部を有する。接続器は、幅狭部の電磁界を導波路装置の導波路に結合する。【選択図】図９
2019054315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波集積回路素子が搭載される実装表面を有する回路基板であって、前記マイクロ波集積回路素子は第１および第２のアンテナ入出力端子を含む複数の端子を有している、回路基板と、
前記第１および第２のアンテナ入出力端子を導波路装置に接続する接続器と、
を備え、
前記回路基板は、
前記複数の端子のうちの前記第１および第２のアンテナ入出力端子とは異なる端子に接続される配線を有しており、
前記接続器は、
前記第１のアンテナ入出力端子に接続される第１の導電体部分と、
前記第２のアンテナ入出力端子に接続される第２の導電体部分と、
前記第１の導電体部分の端面と前記第２の導電体部分の端面とが対向する帯状間隙と、
を有しており、
前記帯状間隙は、前記第１の導電体部分の前記端面と前記第２の導電体部分の前記端面との間の距離が局所的に短くなる幅狭部を有し、
前記接続器は、前記幅狭部の電磁界を前記導波路装置の導波路に結合する、実装基板。
【請求項２】
前記帯状間隙は、前記実装表面に平行な方向に延びている、請求項１に記載の実装基板。
【請求項３】
前記接続器は、前記第１の導電体部分の前記端面から前記第２の導電体部分の前記端面に向かって突出する第１の凸部、および、前記第２の導電体部分の前記端面から前記第１の導電体部分の前記端面に向かって突出する第２の凸部の少なくとも一方を有しており、
前記帯状間隙の前記幅狭部は、前記第１の凸部と前記第２の導電体部分の前記端面との間隙、前記第２の凸部と前記第１の導電体部分の前記端面との間隙、および、前記第１の凸部と前記前記第２の凸部との間隙、の少なくとも１つとして規定される、請求項１または２に記載の実装基板。
【請求項４】
前記接続器は、前記第１の凸部および前記第２の凸部の両方を有し、
前記第１の凸部の前記第２の導電体部分側の第１の先端部と前記第２の凸部の前記第１の導電体部分側の第１の先端部とは対向しており、
前記幅狭部は、前記第１の先端部と前記第２の先端部との間隙として規定される、請求項３に記載の実装基板。
【請求項５】
前記第１の導電体部分の終端と前記第２の導電体部分の終端とは接続している、請求項１から４のいずれかに記載の実装基板。
【請求項６】
前記第１の導電体部分の始端と前記第２の導電体部分の始端とは接続している、請求項１から４のいずれかに記載の実装基板。
【請求項７】
前記帯状間隙の一部は、前記実装表面に平行な面に沿って屈曲している、請求項１から６のいずれかに記載の実装基板。
【請求項８】
前記第１の導電体部分および前記第２の導電体部分を含む一枚の金属プレートを有しており、前記帯状間隙は、前記金属プレートを貫通するスリットまたは貫通孔である、請求項１から７のいずれかに記載の実装基板。
【請求項９】
前記第１の導電体部分および前記第２の導電体部分を支持する誘電体ベースを備え、
前記第１の導電体部分および前記第２の導電体部分は、前記誘電体ベース上に位置する金属層から形成されている、請求項１から７のいずれかに記載の実装基板。
【請求項１０】
前記誘電体ベースは、前記帯状間隙と連通する貫通孔を有しており、
前記実装表面の法線方向から視たとき、前記帯状間隙の前記幅狭部は、前記誘電体ベースの前記貫通孔の内部に位置している、請求項９に記載の実装基板。
【請求項１１】
前記誘電体ベースは、前記回路基板の一部であり、
前記配線の少なくとも一部は、前記誘電体ベースに支持されている、請求項９または１０に記載の実装基板。
【請求項１２】
前記回路基板の少なくとも一部はフレキシブルプリント配線基板である、請求項１から１１のいずれかに記載の実装基板。
【請求項１３】
前記帯状間隙は、前記幅狭部によって第１幅広部と第２幅広部とに分かれており、
前記マイクロ波集積回路素子が生成するマイクロ波信号の周波数帯域のうちで最も高い周波数を持つ電磁波の自由空間中における波長をλｍ、とするとき、
前記第１および第２幅広部の幅は、それぞれ、λｍ／２未満であり、
前記第１および第２幅広部の長さは、それぞれ、λｍ／２未満である、請求項１から１２のいずれかに記載の実装基板。
【請求項１４】
請求項１から１１のいずれかに記載の実装基板と、
前記実装基板に搭載されたマイクロ波集積回路素子と、
を備える集積回路実装基板。
【請求項１５】
請求項１から１３のいずれかに記載の実装基板と、
前記実装基板の前記接続器に接続される導波路装置と、
を備え、
前記導波路装置は、
導電性表面を有する導電部材と、
前記導電性表面に対向する導電性の導波面を有し、かつ前記導電性表面に沿って延びる導波部材と、
前記導波部材の両側の人工磁気導体と、
を備え、
前記接続器における前記帯状間隙の前記幅狭部は、前記導波路装置の前記導波路の所定の位置で前記導波路と対向し、
前記導波路が延びる方向と前記帯状間隙が延びる方向は、前記所定の位置において交差する、導波路モジュール。
【請求項１６】
請求項８に記載の実装基板と、
前記実装基板の前記接続器に接続される導波路装置と、
を備え、
前記導波路装置は、
前記金属プレートの裏面に対向する導電性の導波面を有し、かつ前記金属プレートの前記裏面に沿って延びる導波部材と、
前記導波部材の両側の人工磁気導体と、
を備え、
前記接続器における前記帯状間隙の前記幅狭部は、前記導波路装置の前記導波路に対向している、導波路モジュール。
【請求項１７】
請求項１５に記載の導波路モジュールと、
前記導波路モジュールにおける実装基板に搭載されたマイクロ波集積回路素子と、
を備えるマイクロ波モジュール。
【請求項１８】
人工磁気導体を有するカバーをさらに備えており、
前記カバーは、前記接続器における前記帯状間隙の前記幅狭部から電磁波の漏洩を防止するように前記幅狭部を覆っている、請求項１７に記載のマイクロ波モジュール。
【請求項１９】
前記カバーは、前記マイクロ波集積回路素子の一部または全部をも覆っている、請求項１８に記載のマイクロ波モジュール。
【請求項２０】
請求項１７から１９のいずれか記載のマイクロ波モジュールと、
前記マイクロ波モジュールの前記導波路装置に接続された放射素子と、
を備えるレーダ装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載のレーダ装置と、
前記レーダ装置の前記マイクロ波モジュールに接続された信号処理回路と、
を備えるレーダシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、人工磁気導体を利用して電磁波の導波を行う導波路装置に接続されて使用されるマイクロ波集積回路、レーダ装置およびレーダシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダシステムで用いられるマイクロ波（ミリ波を含む）は、基板に実装された集積回路（以下本明細書では「マイクロ波ＩＣ」と称する。）によって生成される。マイクロ波ＩＣは、製法に応じて「ＭＩＣ」(Microwave Integrated Circuit)、「ＭＭＩＣ」(Monolithic Microwave Integrated Circuit、又はMicrowave and Millimeter wave Integrated Circuit)とも呼ばれる。マイクロ波ＩＣは、送信する信号波のもととなる電気信号を生成し、マイクロ波ＩＣの信号端子に出力する。電気信号は、ボンディングワイヤ等の導体線、および、後述する基板上の導波路を経て、変換部に至る。変換部は、当該導波路と導波管との接続部、つまり異なる導波路の境界部に設けられる。
【０００３】
変換部は高周波信号発生部を含む。「高周波信号発生部」とは、マイクロ波ＩＣの信号端子から導線で導かれた電気信号を、導波管の直前で高周波電磁界に変換するための構成を有する部位をいう。高周波信号発生部によって変換された電磁波は導波管に導かれる。
【０００４】
マイクロ波ＩＣの信号端子から、導波管直前の高周波信号発生部に至る構造として、次の２つの構造が一般的であった。
【０００５】
第一の構造は、特許文献１で例示される。即ち、マイクロ波ＩＣに対応する高周波回路モジュール８の信号端子と高周波信号発生部に対応する給電ピン１０とを可能な限り接近した状態で接続し、高周波信号発生部で変換された電磁波を導波管１にて受ける構造である。この構造では、マイクロ波ＩＣの信号端子が伝送線路９により直接高周波信号発生部に接続される。その結果、高周波信号の減衰が小さくなる。他方、この第一の構造では、導波管をマイクロ波ＩＣの信号端子近くまで導く必要がある。導波管は、導電性金属により構成され、導波する電磁波の波長に対応して高周波では高精細な加工が求められる。逆に低い周波数では構造が大型化するとともに、導波する方向も制限される。その結果、第一の構造では、マイクロ波ＩＣおよびその実装基板によって形成される処理回路が大きくなるという課題があった。
【０００６】
一方、第二の構造は、特許文献２で例示される。即ち、ミリ波ＩＣの信号端子を、マイクロストリップライン（Ｍｉｃｒｏ  Ｓｔｒｉｐ  Ｌｉｎｅ、以下本明細書では「ＭＳＬ」と略記することがある。）と呼ばれる伝送路を経由して、基板上に形成されたＭＳＬ高周波信号発生部に導き、これに導波管を接続する構造である。ＭＳＬは、基板表面にある細帯状の導体と基板裏面にある導体層とによって構成され、表面導体と裏面導体との間に生じる電界と、表面導体周囲を囲む磁界とによる電磁波を伝搬させる導波路をいう。
【０００７】
第二の構造では、マイクロ波ＩＣの信号端子と、導波管に繋がる高周波信号発生部との間にＭＳＬが介在する。ある実験例によれば、ＭＳＬでは、その長さ１ｍｍ当たり約０．４ｄＢの減衰が生じると言われ、電磁波電力の減衰が問題になっている。またＭＳＬの終端にある高周波信号発生部においては、電磁波の発振状態を安定させる等の目的のために、誘電層と導体層との複雑な構造が必要となる（特許文献２の図３〜図８参照）。
【０００８】
他方、この第二の構造は、高周波信号発生部と導波管との接続部位を、マイクロ波ＩＣから離れて配置することができる。これにより導波管構造を簡素化できるため、マイクロ波処理回路の小型化が可能であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１０−１４１６９１号公報
【特許文献２】特表２０１２−５２６４３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来、ミリ波を含む電磁波の用途拡大に伴い、一つのマイクロ波ＩＣに組み込まれる信号波用チャンネルの数が複数化してきている。加えて、回路集積度の向上による小型化が進んでいる。そして一つのマイクロ波ＩＣには、複数チャンネルの信号端子が密に配置されてきた。その結果、マイクロ波ＩＣの信号端子から導波管に至る部位に、上述の第一の構造を採用することが難しくなり、もっぱら第二の構造が採用されていた。
【００１１】
近年、ミリ波を用いる車載用レーダシステムなどの、車載用途への要求拡大に伴い、対象車両から一層遠方の状況をミリ波レーダにて認識することが求められている。またミリ波レーダを車室内に設置することで、レーダの設置容易性やメンテナンス性の向上も求められている。即ち、マイクロ波ＩＣから送受アンテナに至る導波路の電磁波の減衰による損失を最小にすることが求められている。またミリ波レーダを車両前方の状況認識に加えて、側方や後方の認識用途にも適用されつつある。その場合は、サイドミラーボックス内に設置する等の小型化と、多数使用することに対する低価格化への要請も強い。
【００１２】
これらの要請に対し、上述の第二の構造では、マイクロストリップラインでの損失と、導波管を用いることによる小型化の困難性・高精度加工の必要性等の課題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本開示の一態様に係る実装基板は、回路基板と接続器とを備えている。前記回路基板は、マイクロ波集積回路素子が搭載される実装表面を有する回路基板であって、前記マイクロ波集積回路素子は第１および第２のアンテナ入出力端子を含む複数の端子を有する。前記接続器は、前記第１および第２のアンテナ入出力端子を導波路装置に接続する。前記回路基板は、前記複数の端子のうちの前記第１および第２のアンテナ入出力端子とは異なる端子に接続される配線を有している。前記接続器は、前記第１のアンテナ入出力端子に接続される第１の導電体部分と、前記第２のアンテナ入出力端子に接続される第２の導電体部分と、前記第１の導電体部分の端面と前記第２の導電体部分の端面とが対向する帯状間隙と、を有している。前記帯状間隙は、前記第１の導電体部分の前記端面と前記第２の導電体部分の前記端面との間の距離が局所的に短くなる幅狭部を有する。前記接続器は、前記幅狭部の電磁界を前記導波路装置の導波路に結合する。
【発明の効果】
【００１４】
本開示の例示的な実施形態によれば、マイクロ波ＩＣから送受アンテナに至る導波路における損失をより低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、導波路装置が備える基本構成の限定的ではない例を模式的に示す斜視図である。
【図２Ａ】図２Ａは、導波路装置１００のＸＺ面に平行な断面の構成を模式的に示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、導波路装置１００のＸＺ面に平行な断面の他の構成を模式的に示す図である。
【図３】図３は、わかりやすさのため、導電部材１１０と導電部材１２０との間隔を極端に離した状態にある導波路装置１００を模式的に示す斜視図である。
【図４】図４は、図２に示す構造における各部材の寸法の範囲の例を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、導波部材１２２の導波面１２２ａと導電部材１１０の導電性表面１１０ａとの間隙における幅の狭い空間を伝搬する電磁波を模式的に示している。
【図５Ｂ】図５Ｂは、中空導波管１３０の断面を模式的に示す図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、導電部材１２０上に２個の導波部材１２２が設けられている形態を示す断面図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、２つの中空導波管１３０を並べて配置した導波路装置の断面を模式的に示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、ミリ波ＭＭＩＣ（ミリ波ＩＣ）の裏面における端子の配置例を示す平面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａに示されるアンテナ入出力端子２０ａ、２０ｂを外側の領域に引き出すための配線パターン４０の例を模式的に示す平面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本開示におけるマイクロ波モジュール１０００の概略的な全体構成の例を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、マイクロ波モジュール１０００の他の態様を示す図である。
【図８Ａ】図８Ａは、本開示の限定的ではない例示的な実施形態における実装基板１の一部を模式的に示す上面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、ミリ波ＩＣ２が搭載された状態にある実装基板１の一部を模式的に示すＢ−Ｂ線断面図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、ミリ波ＩＣ２が搭載された状態にある実装基板１の一部を模式的に示すＣ−Ｃ線断面図である。
【図９】図９は、実装基板１の一部、ミリ波ＩＣ２、および導波路装置１００の一部を模式的に示す斜視図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、接続器６の第１および第２の導電体部分６０ａ、６０ｂの形状およびサイズの例を説明するための平面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、接続器６の第１および第２の導電体部分６０ａ、６０ｂの形状およびサイズの例を説明するための他の平面図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、シングルリッジ構造の接続器６を示す図である。
【図１１】図１１は、接続器６の帯状間隙６６の幅狭部６６Ｎにおける電気力線（電界）によって導波路装置１００の導波路に生じた電気力線を模式的に示す断面図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、ミリ波ＩＣ２の裏面における端子２０ａ、２０ｂ、２０ｃの配置例を模式的に示す平面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、図１２Ａのミリ波ＩＣ２に対する接続器６の配置の例を模式的に示す平面図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、接続器６の変形例を示す斜視図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、接続器６の他の変形例を示す斜視図である。
【図１４】図１４は、接続器６のさらに他の変形例を示す斜視図である。
【図１５】図１５は、接続器６のさらに他の変形例を示す斜視図である。
【図１６Ａ】図１６Ａは、接続器６のさらに他の変形例を示す斜視図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、接続器６のさらに他の変形例を示す斜視図である。
【図１７Ａ】図１７Ａは、接続器６のさらに他の変形例を示す斜視図である。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、接続器６のさらに他の変形例を示す斜視図である。
【図１８Ａ】図１８Ａは、接続器６のさらに他の変形例を示す斜視図である。
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、接続器６のさらに他の変形例を示す斜視図である。
【図１９Ａ】図１９Ａは、導波路装置における導波部材１２２およびロッド１２４の配置例を示す平面図である。
【図１９Ｂ】図１９Ｂは、図１９Ａの導波部材１２２が規定する導波路に接続される接続器の配置の例を示す平面図である。
【図２０】図２０は、接続器６の他の配置例を示す平面図である。
【図２１】図２１は、接続器６のさらに他の配置例を示す平面図である。
【図２２】図２２は、ミリ波ＩＣ２を覆う人工磁気導体カバー８０を設けたマイクロ波モジュール１０００の断面構成例を示す。
【図２３】図２３は、対向するミリ波ＩＣ２と導電性ロッド１２４’との間に設けられた絶縁樹脂１６０を示す断面図である。
【図２４】図２４は、アレーアンテナの構造の一部を模式的に示す斜視図である。
【図２５Ａ】図２５Ａは、図２４のアレーアンテナをＺ方向からみた上面図である。
【図２５Ｂ】図２５Ｂは、図２５ＡのＤ−Ｄ線断面図である。
【図２５Ｃ】図２５Ｃは、第１の導波路装置における導波部材３２２Ｕの平面レイアウトを示す図である。
【図２５Ｄ】図１２Ｄは、第２の導波路装置における導波部材３２２Ｌの平面レイアウトを示す図である。
【図２６】図２６は、自車両５００と、自車両５００と同じ車線を走行している先行車両５０２とを示す図である。
【図２７】図２７は、自車両５００の車載レーダシステム５１０を示す図である。
【図２８】図２８は、車載レーダシステム５１０のアレーアンテナＡＡによる到来波ｋとの関係を示す図である。
【図２９】図２９は、本開示の応用例における車両走行制御装置６００の基本構成の一例を示すブロック図である。
【図３０】図３０は、車両走行制御装置６００の構成の他の例を示すブロック図である。
【図３１】図３１は、車両走行制御装置６００のより具体的な構成の例を示す図である。
【図３２】図３２は、応用例におけるレーダシステム５１０のより詳細な構成例を示すブロック図である。
【図３３】図３３は、三角波生成回路５８１が生成した信号に基づいて変調された送信信号の周波数変化を示す図である。
【図３４】図３４は、「上り」の期間におけるビート周波数ｆｕ、および「下り」の期間におけるビート周波数ｆｄを示す図である。
【図３５】図３５は、信号処理回路５６０がプロセッサＰＲおよびメモリ装置ＭＤを備えるハードウェアによって実現されている形態の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜用語＞
「マイクロ波」は、周波数が３００ＭＨｚから３００ＧＨｚまでの範囲にある電磁波を意味する。「マイクロ波」のうち、周波数が３０ＧＨｚから３００ＧＨｚまでの範囲にある電磁波を「ミリ波」と称する。真空中における「マイクロ波」の波長は、１ｍｍから１ｍの範囲にあり、「ミリ波」の波長は、１ｍｍから１０ｍｍの範囲にある。
【００１７】
「マイクロ波ＩＣ（マイクロ波集積回路素子）」は、マイクロ波帯域の高周波信号を生成または処理する半導体集積回路のチップまたはパッケージである。「パッケージ」は、マイクロ波帯域の高周波信号を生成または処理する１個または複数個の半導体集積回路チップ（モノリシックＩＣチップ）を含むパッケージである。単一の半導体基板の上に１個以上のマイクロ波ＩＣが集積化された場合には、特に「モノリシックマイクロ波集積回路」（ＭＭＩＣ）と呼ばれる。本開示では、「マイクロ波ＩＣ」を「ＭＭＩＣ」と称する場合があるが、これは一例である。単一の半導体基板の上に１個以上のマイクロ波ＩＣが集積化されることは必須ではない。また、ミリ波帯域の高周波信号を生成または処理する「マイクロ波ＩＣ」を「ミリ波ＩＣ」と称する場合がある。
【００１８】
「ＩＣ実装基板」は、マイクロ波ＩＣが搭載された状態の実装基板を意味し、構成要素として、「マイクロ波ＩＣ」と「実装基板」とを備えている。単なる「実装基板」は、実装用の基板を意味し、マイクロ波ＩＣが搭載されていない状態にある。
【００１９】
「導波路モジュール」は、「マイクロ波ＩＣ」が搭載されていない状態の「実装基板」と「導波路装置」とを備える。これに対して、「マイクロ波モジュール」は、「マイクロ波ＩＣが搭載された状態の実装基板（ＩＣ実装基板）」と「導波路装置」とを備える。
【００２０】
本開示の実施形態を説明する前に、以下の各実施形態で使用される導波路装置の基本構成と動作原理とを説明する。
【００２１】
＜導波路装置＞
前述のリッジ導波路は、人工磁気導体として機能し得るワッフルアイアン構造中に設けられている。このような人工磁気導体を本開示に基づいて利用するリッジ導波路（以下、ＷＲＧ：Ｗａｆｆｌｅ−ｉｒｏｎ  Ｒｉｄｇｅ  ｗａｖｅＧｕｉｄｅと称する場合がある。）は、マイクロ波またはミリ波帯において、損失の低いアンテナ給電路を実現できる。また、このようなリッジ導波路を利用することにより、アンテナ素子（放射素子）を高密度に配置することが可能である。以下、そのような導波路構造の基本的な構成および動作の例を説明する。
【００２２】
人工磁気導体は、自然界には存在しない完全磁気導体（ＰＭＣ: Ｐｅｒｆｅｃｔ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）の性質を人工的に実現した構造体である。完全磁気導体は、「表面における磁界の接線成分がゼロになる」という性質を有している。これは、完全導体（ＰＥＣ: Ｐｅｒｆｅｃｔ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）の性質、すなわち、「表面における電界の接線成分がゼロになる」という性質とは反対の性質である。完全磁気導体は、自然界には存在しないが、人工的な周期構造によって実現され得る。人工磁気導体は、その周期構造によって定まる特定の周波数帯域において、完全磁気導体として機能する。人工磁気導体は、特定の周波数帯域（伝搬阻止帯域）に含まれる周波数を有する電磁波が人工磁気導体の表面に沿って伝搬することを抑制または阻止する。このため、人工磁気導体の表面は、高インピーダンス面と呼ばれることがある。
【００２３】
従来知られている導波路装置、たとえば（１）国際公開第２０１０／０５０１２２号、（２）米国特許第８８０３６３８号、（３）欧州特許出願公開第１３３１６８８号、（４）Kirino et al., "A 76 GHz Multi-Layered Phased Array Antenna Using a Non-Metal Contact Metamaterial Waveguide", IEEE Transaction on Antennas and Propagation, Vol. 60, No. 2, February 2012, pp 840-853、（５）Kildal et al., "Local Metamaterial-Based Waveguides in Gaps Between Parallel Metal Plates", IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, Vol. 8, 2009, pp84-87 に開示されている導波路装置では、行および列方向に配列された複数の導電性ロッドによって人工磁気導体が実現されている。このようなロッドは、ポストまたはピンと呼ばれることもある突出部である。これらの導波路装置のそれぞれは、全体として、対向する一対の導電プレートを備えている。一方の導電プレートは、他方の導電プレートの側に突出するリッジと、リッジの両側に位置する人工磁気導体とを有している。リッジの上面（導電性を有する面）は、ギャップを介して、他方の導電プレートの導電性表面に対向している。人工磁気導体の伝搬阻止帯域に含まれる波長を有する電磁波（信号波）は、この導電性表面とリッジの上面との間の空間（ギャップ）をリッジに沿って伝搬する。
【００２４】
図１は、このような導波路装置が備える基本構成の限定的ではない例を模式的に示す斜視図である。図１では、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ方向を示すＸＹＺ座標が示されている。図示されている導波路装置１００は、対向して平行に配置されたプレート状の第１の導電部材１１０および第２の導電部材１２０を備えている。第２の導電部材１２０には複数の導電性ロッド１２４が配列されている。
【００２５】
なお、本願の図面に示される構造物の向きは、説明のわかりやすさを考慮して設定されており、本開示の実施形態が現実に実施されるときの向きをなんら制限するものではない。また、図面に示されている構造物の全体または一部分の形状および大きさも、現実の形状および大きさを制限するものではない。
【００２６】
図２Ａは、導波路装置１００のＸＺ面に平行な断面の構成を模式的に示す図である。図２Ａに示されるように、導電部材１１０は、導電部材１２０に対向する側に導電性表面１１０ａを有している。導電性表面１１０ａは、導電性ロッド１２４の軸方向（Ｚ方向）に直交する平面（ＸＹ面に平行な平面）に沿って二次元的に拡がっている。この例における導電性表面１１０ａは平滑な平面であるが、後述するように、導電性表面１１０ａは平面である必要は無い。
【００２７】
図３は、わかりやすさのため、導電部材１１０と導電部材１２０との間隔を極端に離した状態にある導波路装置１００を模式的に示す斜視図である。現実の導波路装置１００では、図１および図２Ａに示したように、導電部材１１０と導電部材１２０との間隔は狭く、導電部材１１０は、導電部材１２０の全ての導電性ロッド１２４を覆うように配置されている。
【００２８】
再び図２Ａを参照する。導電部材１２０上に配列された複数の導電性ロッド１２４は、それぞれ、導電性表面１１０ａに対向する先端部１２４ａを有している。図示されている例において、複数の導電性ロッド１２４の先端部１２４ａは同一平面上にある。この平面は人工磁気導体の表面１２５を形成している。導電性ロッド１２４は、その全体が導電性を有している必要はなく、ロッド状構造物の少なくとも表面（上面および側面）が導電性を有していればよい。また、導電部材１２０は、複数の導電性ロッド１２４を支持して人工磁気導体を実現できれば、その全体が導電性を有している必要はない。導電部材１２０の表面のうち、複数の導電性ロッド１２４が配列されている側の面１２０ａが導電性を有し、隣接する複数の導電性ロッド１２４の表面を電気的に短絡していればよい。言い換えると、導電部材１２０および複数の導電性ロッド１２４の組み合わせの全体は、導電部材１１０の導電性表面１１０ａに対向する凹凸状の導電性表面を有していればよい。
【００２９】
導電部材１２０上には、複数の導電性ロッド１２４の間にリッジ状の導波部材１２２が配置されている。より詳細には、導波部材１２２の両側にそれぞれ人工磁気導体が位置しており、導波部材１２２は両側の人工磁気導体によって挟まれている。図３からわかるように、この例における導波部材１２２は、導電部材１２０に支持され、Ｙ方向に直線的に延びている。図示されている例において、導波部材１２２は、導電性ロッド１２４の高さおよび幅と同一の高さおよび幅を有している。後述するように、導波部材１２２の高さおよび幅は、導電性ロッド１２４の高さおよび幅とは異なる値を有していてもよい。導波部材１２２は、導電性ロッド１２４とは異なり、導電性表面１１０ａに沿って電磁波を案内する方向（この例ではＹ方向）に延びている。導波部材１２２も、全体が導電性を有している必要は無く、導電部材１１０の導電性表面１１０ａに対向する導電性の導波面１２２ａを有していればよい。導電部材１２０、複数の導電性ロッド１２４、および導波部材１２２は、連続した単一構造体の一部であってもよい。さらに、導電部材１１０も、この単一構造体の一部であってもよい。
【００３０】
導波部材１２２の両側において、各人工磁気導体の表面１２５と導電部材１１０の導電性表面１１０ａとの間の空間は、特定周波数帯域内の周波数を有する電磁波を伝搬させない。そのような周波数帯域は「禁止帯域」と呼ばれる。導波路装置１００内を伝搬する電磁波（以下、「信号波」と称することがある。）の周波数（以下、「動作周波数」と称することがある。）が禁止帯域に含まれるように人工磁気導体は設計される。禁止帯域は、導電性ロッド１２４の高さ、すなわち、隣接する複数の導電性ロッド１２４の間に形成される溝の深さ、導電性ロッド１２４の径、配置間隔、および導電性ロッド１２４の先端部１２４ａと導電性表面１１０ａとの間の間隙の大きさによって調整され得る。
【００３１】
次に、図４を参照しながら、各部材の寸法、形状、配置等の例を説明する。
【００３２】
図４は、図２Ａに示す構造における各部材の寸法の範囲の例を示す図である。本明細書において、導電部材１１０の導電性表面１１０ａと導波部材１２２の導波面１２２ａとの間の導波路を伝搬する電磁波（信号波）の自由空間における波長の代表値（たとえば、動作周波数帯域の中心周波数に対応する中心波長）をλｏとする。また、動作周波数帯域における最高周波数の電磁波の自由空間における波長をλｍとする。各導電性ロッド１２４のうち、導電部材１２０に接している方の端の部分を「基部」と称する。図４に示すように、各導電性ロッド１２４は、先端部１２４ａと基部１２４ｂとを有する。各部材の寸法、形状、配置等の例は、以下のとおりである。
【００３３】
（１）導電性ロッドの幅
導電性ロッド１２４の幅（Ｘ方向およびＹ方向のサイズ）は、λｍ／２未満に設定され得る。この範囲内であれば、Ｘ方向およびＹ方向における最低次の共振の発生を防ぐことができる。なお、ＸおよびＹ方向だけでなくＸＹ断面の対角方向でも共振が起こる可能性があるため、導電性ロッド１２４のＸＹ断面の対角線の長さもλｍ／２未満であることが好ましい。ロッドの幅および対角線の長さの下限値は、工法的に作製できる最小の長さであり、特に限定されない。
【００３４】
（２）導電性ロッドの基部から導電部材１１０の導電性表面までの距離
導電性ロッド１２４の基部１２４ｂから導電部材１１０の導電性表面１１０ａまでの距離は、導電性ロッド１２４の高さよりも長く、かつλｍ／２未満に設定され得る。当該距離がλｍ／２以上の場合、導電性ロッド１２４の基部１２４ｂと導電性表面１１０ａとの間において共振が生じ、信号波の閉じ込め効果が失われる。
【００３５】
導電性ロッド１２４の基部１２４ｂから導電部材１１０の導電性表面１１０ａまでの距離は、導電部材１１０と導電部材１２０との間隔に相当する。たとえば導波路をミリ波帯である７６．５±０．５ＧＨｚの電磁波が伝搬する場合、信号波の波長は３．８９３４ｍｍから３．９４４６ｍｍの範囲さを持つ。したがって、この場合λｍは前者となるので、導電部材１１０と導電部材１２０との間隔λｍ／２は、３．８９３４ｍｍよりも小さく設定される。導電部材１１０と導電部材１２０とが、このような狭い間隔を実現するように対向して配置されていれば、導電部材１１０と導電部材１２０とが厳密に平行である必要はない。また、導電部材１１０と導電部材１２０との間隔がλｍ／２未満であれば、導電部材１１０および／または導電部材１２０の全体または一部が曲面形状を有していても良い。他方、導電部材１１０、１２０の平面形状（ＸＹ面に垂直に投影した領域の形状）および平面サイズ（ＸＹ面に垂直に投影した領域のサイズ）は、用途に応じて任意に設計され得る。
【００３６】
図２Ａで示される例において、導電性表面１２０ａは平面であるが、本開示の実施形態はこれに限られない。たとえば、図２Ｂに示すように、導電性表面１２０ａは断面がＵ字またはＶ字に近い形状である面の底部であっても良い。導電性ロッド１２４または導波部材１２２が、基部に向かって幅が拡大する形状をもつ場合に、導電性表面１２０ａはこのような構造になる。このような構造であっても、導電性表面１１０ａと導電性表面１２０ａとの間の距離が波長λｍの半分よりも短ければ、図２Ｂに示す装置は、本開示の実施形態における導波路装置として機能し得る。
【００３７】
（３）導電性ロッドの先端部から導電性表面までの距離Ｌ２
導電性ロッド１２４の先端部１２４ａから導電性表面１１０ａまでの距離Ｌ２は、λｍ／２未満に設定される。当該距離がλｍ／２以上の場合、導電性ロッド１２４の先端部１２４ａと導電性表面１１０ａとの間を往復する伝搬モードが生じ、電磁波を閉じ込められなくなるからである。
【００３８】
（４）導電性ロッドの配列および形状
複数の導電性ロッド１２４のうちの隣接する２つの導電性ロッド１２４の間の隙間は、たとえばλｍ／２未満の幅を有する。隣接する２つの導電性ロッド１２４の間の隙間の幅は、当該２つの導電性ロッド１２４の一方の表面（側面）から他方の表面（側面）までの最短距離によって定義される。このロッド間の隙間の幅は、ロッド間の領域で最低次の共振が起こらないように決定される。共振が生じる条件は、導電性ロッド１２４の高さ、隣接する２つの導電性ロッド間の距離、および導電性ロッド１２４の先端部１２４ａと導電性表面１１０ａとの間の帯状間隙の容量の組み合わせによって決まる。よって、ロッド間の隙間の幅は、他の設計パラメータに依存して適宜決定される。ロッド間の隙間の幅には明確な下限はないが、製造の容易さを確保するために、ミリ波帯の電磁波を伝搬させる場合には、たとえばλｍ／１６以上であり得る。なお、隙間の幅は一定である必要はない。λｍ／２未満であれば、導電性ロッド１２４の間の隙間は様々な幅を有していてもよい。
【００３９】
複数の導電性ロッド１２４の配列は、人工磁気導体としての機能を発揮する限り、図示されている例に限定されない。複数の導電性ロッド１２４は、直交する行および列状に並んでいる必要は無く、行および列は９０度以外の角度で交差していても良い。複数の導電性ロッド１２４は、行または列に沿って直線上に配列されている必要は無く、単純な規則性を示さずに分散して配置されていても良い。各導電性ロッド１２４の形状およびサイズも、導電部材１２０上の位置に応じて変化していて良い。
【００４０】
複数の導電性ロッド１２４の先端部１２４ａが形成する人工磁気導体の表面１２５は、厳密に平面である必要は無く、微細な凹凸を有する平面または曲面であってもよい。すなわち、各導電性ロッド１２４の高さが一様である必要はなく、導電性ロッド１２４の配列が人工磁気導体として機能し得る範囲内で個々の導電性ロッド１２４は多様性を持ち得る。
【００４１】
さらに、導電性ロッド１２４は、図示されている角柱形状に限らず、たとえば円筒状の形状を有していてもよい。さらに、単純な柱状の形状を有している必要はない。人工磁気導体は、導電性ロッド１２４の配列以外の構造によっても実現することができ、多様な人工磁気導体を本開示の導波路装置に利用することができる。なお、導電性ロッド１２４の先端部１２４ａの形状が角柱形状である場合は、その対角線の長さはλｍ／２未満であることが好ましい。楕円形状であるときは、長軸の長さがλｍ／２未満であることが好ましい。先端部１２４ａがさらに他の形状をとる場合でも、その差し渡し寸法は一番長い部分でもλｍ／２未満であることが好ましい。
【００４２】
導電性ロッド１２４の高さ、すなわち、基部１２４ｂから先端部１２４ａまでの長さは、導電性表面１１０ａと導電性表面１２０ａとの間の距離（λｍ／２未満）よりも短い値、たとえば、λｏ／４に設定され得る。
【００４３】
（５）導波面の幅
導波部材１２２の導波面１２２ａの幅、すなわち、導波部材１２２が延びる方向に直交する方向における導波面１２２ａのサイズは、λｍ／２未満（たとえばλｍ／８）に設定され得る。導波面１２２ａの幅がλｍ／２以上になると、幅方向で共振が起こり、共振が起こるとＷＲＧは単純な伝送線路としては動作しなくなるからである。
【００４４】
（６）導波部材の高さ
導波部材１２２の高さ（図示される例ではＺ方向のサイズ）は、λｍ／２未満に設定される。当該距離がλｍ／２以上の場合、導電性ロッド１２４の基部１２４ｂと導電性表面１１０ａとの距離がλｍ／２以上となるからである。
【００４５】
（７）導波面と導電性表面との間の距離Ｌ１
導波部材１２２の導波面１２２ａと導電性表面１１０ａとの間の距離Ｌ１については、λｍ／２未満に設定される。当該距離がλｍ／２以上の場合、導波面１２２ａと導電性表面１１０ａとの間で共振が起こり、導波路として機能しなくなるからである。ある例では、当該距離はλｍ／４以下である。製造の容易さを確保するために、ミリ波帯の電磁波を伝搬させる場合には、たとえばλｍ／１６以上とすることが好ましい。
【００４６】
導電性表面１１０ａと導波面１２２ａとの距離Ｌ１の下限、および導電性表面１１０ａとロッド１２４の先端部１２４ａとの距離Ｌ２の下限は、機械工作の精度と、上下の２つの導電部材１１０、１２０を一定の距離に保つように組み立てる際の精度とに依存する。プレス工法またはインジェクション工法を用いた場合、上記距離の現実的な下限は５０マイクロメートル（μｍ）程度である。ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）を用いてたとえばテラヘルツ領域の製品を作る場合には、上記距離の下限は、２〜３μｍ程度である。
【００４７】
上記の構成を有する導波路装置１００によれば、動作周波数の信号波は、人工磁気導体の表面１２５と導電部材１１０の導電性表面１１０ａとの間の空間を伝搬することはできず、導波部材１２２の導波面１２２ａと導電部材１１０の導電性表面１１０ａとの間の空間を伝搬する。このような導波路構造における導波部材１２２の幅は、中空導波管とは異なり、伝搬すべき電磁波の半波長以上の幅を有する必要はない。また、導電部材１１０と導電部材１２０とを厚さ方向（ＹＺ面に平行）に延びる金属壁によって接続する必要もない。
【００４８】
図５Ａは、導波部材１２２の導波面１２２ａと導電部材１１０の導電性表面１１０ａとの間隙における幅の狭い空間を伝搬する電磁波を模式的に示している。図５Ａにおける３本の矢印は、伝搬する電磁波の電界の向きを模式的に示している。伝搬する電磁波の電界は、導電部材１１０の導電性表面１１０ａおよび導波面１２２ａに対して垂直である。
【００４９】
導波部材１２２の両側には、それぞれ、複数の導電性ロッド１２４によって形成された人工磁気導体が配置されている。電磁波は導波部材１２２の導波面１２２ａと導電部材１１０の導電性表面１１０ａとの間隙を伝搬する。図５Ａは、模式的であり、電磁波が現実に作る電磁界の大きさを正確には示していない。導波面１２２ａ上の空間を伝搬する電磁波（電磁界）の一部は、導波面１２２ａの幅によって区画される空間から外側（人工磁気導体が存在する側）に横方向に拡がっていてもよい。この例では、電磁波は、図５Ａの紙面に垂直な方向（Ｙ方向）に伝搬する。このような導波部材１２２は、Ｙ方向に直線的に延びている必要は無く、不図示の屈曲部および／または分岐部を有し得る。電磁波は導波部材１２２の導波面１２２ａに沿って伝搬するため、屈曲部では伝搬方向が変わり、分岐部では伝搬方向が複数の方向に分岐する。
【００５０】
図５Ａの導波路構造では、伝搬する電磁波の両側に、中空導波管では不可欠の金属壁（電気壁）が存在していない。このため、この例における導波路構造では、伝搬する電磁波が作る電磁界モードの境界条件に「金属壁（電気壁）による拘束条件」が含まれず、導波面１２２ａの幅（Ｘ方向のサイズ）は、電磁波の波長の半分未満である。
【００５１】
図５Ｂは、参考のため、中空導波管１３０の断面を模式的に示している。図５Ｂには、中空導波管１３０の内部空間１３２に形成される電磁界モード（ＴＥ10）の電界の向きが矢印によって模式的に表されている。矢印の長さは電界の強さに対応している。中空導波管１３０の内部空間１３２の幅は、波長の半分に設定されている。中空導波管１３０の内部空間１３２の幅は、伝搬する電磁波の波長の半分よりも小さく設定され得ない。
【００５２】
図５Ｃは、導電部材１２０上に２個の導波部材１２２が設けられている形態を示す断面図である。このように隣接する２個の導波部材１２２の間には、複数の導電性ロッド１２４によって形成される人工磁気導体が配置されている。より正確には、各導波部材１２２の両側に複数の導電性ロッド１２４によって形成される人工磁気導体が配置され、各導波部材１２２が独立した電磁波の伝搬を実現することが可能である。
【００５３】
図５Ｄは、参考のため、２つの中空導波管１３０を並べて配置した導波路装置の断面を模式的に示している。２つの中空導波管１３０は、相互に電気的に絶縁されている。電磁波が伝搬する空間の周囲が、中空導波管１３０を構成する金属壁で覆われている必要がある。このため、電磁波が伝搬する内部空間１３２の間隔を、金属壁の２枚の厚さの合計よりも短縮することはできない。金属壁の２枚の厚さの合計は、通常、伝搬する電磁波の波長の半分よりも長い。したがって、中空導波管１３０の配列間隔（中心間隔）を、伝搬する電磁波の波長よりも短くすることは困難である。特に、電磁波の波長が１０ｍｍ以下となるミリ波帯、あるいはそれ以下の波長の電磁波を扱う場合は、波長に比して十分に薄い金属壁を形成することが難しくなる。このため、商業的に現実的なコストで実現することが困難になる。
【００５４】
これに対して、人工磁気導体を備える導波路装置１００は、導波部材１２２を近接させた構造を容易に実現することができる。このため、複数のアンテナ素子が近接して配置されたアレーアンテナへの給電に好適に用いられ得る。
【００５５】
上述の構造を有する導波路装置と、ＭＭＩＣを搭載した実装基板とを接続して、高周波信号のやりとりを行うためには、ＭＭＩＣの端子と導波路装置の導波路とを効率的に結合することが求められる。
【００５６】
前述したように、ミリ波帯域のような、３０ＧＨｚを超える周波数領域では、マイクロストリップ線路を伝搬するときの誘電体損失が大きくなる。それにもかかわらず、従来は、実装基板上に設けたマイクロストリップ線路にＭＭＩＣの端子を接続することが行われてきた。このことは、導波路装置の導波路そのものがマイクロストリップ線路ではなく、導波管によって実現されている場合であっても同様であった。すなわち、ＭＭＩＣの端子と導波管との間にマイクロストリップ線路が介在する接続が行われてきた。
【００５７】
図６Ａは、ミリ波ＭＭＩＣ（ミリ波ＩＣ）の裏面における端子の配置（ピン配置）の例を示す平面図である。図示されているミリ波ＩＣ２の裏面には、多数の端子２０が行および列状に配列されている。これらの端子２０は、第１のアンテナ入出力端子２０ａおよび第２のアンテナ入出力端子２０ｂを含む。図示されている例では、第１のアンテナ入出力端子２０ａが信号端子として機能し、第２のアンテナ入出力端子２０ｂがグランド端子として機能する。複数の端子２０のうち、アンテナ入出力端子２０ａ、２０ｂ以外の端子は、たとえば電源端子、制御信号端子、および信号入出力端子である。
【００５８】
図６Ｂは、図６Ａに示されるアンテナ入出力端子２０ａ、２０ｂをミリ波ＩＣ２のフットプリントよりも外側の領域に引き出すための配線パターン４０の例を模式的に示す平面図である。このような配線パターン４０は、不図示の誘電体基板上に形成されており、マイクロストリップ線路を介して導波路装置の導波管に接続される。図６Ｂに示される例では、４チャネルのミリ波信号がミリ波ＩＣ２のアンテナ入出力端子２０ａ、２０ｂから入出力され得る。なお、この例では、ミリ波ＩＣ２の端子２０が誘電体基板上の配線パターン４０に直接に接続されているが、ボンディングワイヤを介して端子２０と配線パターン４０との接続も行われ得る。ミリ波などの周波数の高い高周波信号が配線パターン４０およびマイクロストリップ線路を伝搬するとき、誘電体基板による大きな損失が発生する。たとえば約７６ＧＨｚ帯のミリ波がマイクロストリップ線路を伝搬するとき、誘電体損失によって線路長１ｍｍあたりで約０．４ｄＢの減衰が発生し得る。
【００５９】
このように従来技術では、ＭＭＩＣと導波路装置との間にはマイクロストリップ線路などの配線が介在するため、ミリ波帯域で大きな誘電体損失が発生していた。
【００６０】
以下に説明する新規な接続構造を採用すると、上述の損失の低減を大きく抑制することができる。
【００６１】
以下、本開示の実施形態による実装基板、および当該実装基板を備える各種のモジュール、レーダ装置、およびレーダシステムの構成例を説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。たとえば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。以下の説明においては、同一または類似する構成要素には、同一の参照符号を付している。
【００６２】
＜実施形態＞
図７Ａは、本開示におけるマイクロ波モジュール１０００の概略的な全体構成の例を示す平面模式図である。図示されているマイクロ波モジュール１０００は、ミリ波ＭＭＩＣ（ミリ波ＩＣ）２が搭載された実装基板１と、ミリ波ＩＣ２に接続された接続器６とを備えている。この接続器６は、マイクロストリップ線路を介することなく、ミリ波ＩＣ２を上述の導波路装置に接続する機能および構造を有している。図７Ａには示されていない導波路装置の導波路は、接続器６に結合する。接続器６の詳細は後述する。
【００６３】
図７Ｂは、マイクロ波モジュール１０００の他の態様を示す平面模式図である。このマイクロ波モジュール１０００は、フレキシブルプリント配線基板（ＦＰＣ）の一部である回路基板４を備えており、回路基板４からは柔軟性を持つ配線部４ｂが延びている。この例における接続器６は、回路基板４とは別の部品であり、誘電体ベース４５に支持されている。図７Ａおよび図７Ｂは、あくまでも本開示における実施形態の例を示しており、この例に限定されない。
【００６４】
図８Ａは、本開示の限定的ではない例示的な実施形態における実装基板１の一部を模式的に示す上面図である。図８Ｂおよび図８Ｃは、それぞれ、ミリ波ＩＣ２が搭載された状態にある実装基板１の一部を模式的に示す断面図である。図８Ｂは、図８ＡのＢ−Ｂ線における断面を示し、図８Ｃは、図８ＡのＣ−Ｃ線における断面を示している。図９は、実装基板１の一部、ミリ波ＩＣ２、および導波路装置１００の一部を模式的に示す斜視図である。図９では、わかりやすさのため、実装基板１、ミリ波ＩＣ２、および導波路装置１００が互いにＺ方向に離れた状態で記載されている。
【００６５】
実装基板１は、ミリ波ＩＣ２が搭載される実装表面４ａを有する回路基板４を含む。ミリ波ＩＣ２は、たとえば、約７６ＧＨｚ帯の高周波信号を生成、処理するマイクロ波集積回路素子である。この例における実装表面４ａは、ＸＹ面に平行である。ミリ波ＩＣ２は、図８Ｂに示されるように、第１のアンテナ入出力端子２０ａおよび第２のアンテナ入出力端子２０ｂを含む複数の端子２０を有している。本実施形態において、第１のアンテナ入出力端子２０ａおよび第２のアンテナ入出力端子２０ｂの一方は信号端子として機能し、他方はグランド端子として機能する。複数の端子２０は、他に、電源端子および信号入出力端子などの種々の端子を含み得る。
【００６６】
回路基板４は、ミリ波ＩＣ２が有する複数の端子２０のうちの第１および第２のアンテナ入出力端子２０ａ、２０ｂとは異なる端子２０ｃに接続される配線パターン４０を有している。配線パターン４０の典型例は、高周波信号以外の信号線や電源線等である。なお実施態様によっては、マイクロストリップ線路またはコプレーナ線路である場合もある。図には、簡単のため、回路基板４の全体ではなく一部が示されている。回路基板４のうちで図示されていない領域に拡がる部分には、他の電子部品が搭載され得る。１つの回路基板４に複数のミリ波ＩＣ２が実装されてもよい。他の電子部品としては、フィルタなどの高周波回路素子に限られず、たとえば演算回路または信号処理回路を実現した他の集積回路チップまたはパッケージが実装されてもよい。配線パターン４０の一部は、回路基板４の図示されていない部分に延び、回路基板４に搭載される不図示の他の電子部品に接続され得る。
【００６７】
図８Ａでは、ミリ波ＩＣ２の端子２０ａ、２０ｂ、２０ｃが記載されており、上面図におけるミリ波ＩＣ２の輪郭が破線で模式的に示されている。図８Ａでは、説明の都合上、７個の端子２０のみが記載されているが、図６Ａおよび図６Ｂを参照しながら説明したように、ミリ波ＩＣ２の典型例は、８個以上の多数の端子２０を備えている。端子２０の形状および位置は、図示されている例に限定されない。端子２０の具体的な構造は、特に限定されず、ハンダボール、電極パッド、またはメタルリードの形態をとり得る。端子２０は、配線パターン４０、および後述する接続器６に直接に接続していても良いし、他の導電部材（不図示）を介して間接的に接続されていても良い。端子２０と配線パターン４０との間には、たとえば、導電性接着剤、ボンディングワイヤ、ハンダなどの不図示の導電体が介在し得る。
【００６８】
本実施形態で使用される回路基板４は、高周波回路技術を用いて製造される高周波プリント基板のような公知の高周波基板の任意の構成を採用し得る。回路基板４は、内部配線およびビアなど多層配線構造を有していても良いし、内部抵抗、内部インダクタ、内部グランド層などの内蔵された（ｅｍｂｅｄｄｅｄ）回路要素を有していても良い。回路基板４の裏面が、そのまま導波路装置１００における第１の導電部材１１０の導電性表面１１０ａ（図２Ａ参照）として機能するように、回路基板４の裏面に金属層を設けてもよい。あるいは、回路基板４の裏面側に、導波路装置１００における第１の導電部材１１０を回路基板４から離して配置してもよい。
【００６９】
実装基板１は、ミリ波ＩＣ２における第１および第２のアンテナ入出力端子２０ａ、２０ｂを導波路装置１００に接続する接続器６を備えている。図示されている接続器６は２個であるが、接続器６の個数は、２個に限定されず、単数であっても良いし、３個以上であってもよい。個々の接続器６は、第１のアンテナ入出力端子２０ａに接続される第１の導電体部分６０ａと、第２のアンテナ入出力端子２０ｂに接続される第２の導電体部分６０ｂとを有している。図示されている例において、第１の導電体部分６０ａおよび第２の導電体部分６０ｂは、Ｙ軸方向に並走して延びており、Ｙ軸方向の両方の端部で２つの導電体部分６０ａおよび６０ｂは接続、つまり短絡している。後述のように、導電体部分６０ａおよび６０ｂの間には帯状間隙６６が規定される。導電体部分６０ａおよび６０ｂがＹ軸方向の両方の端部で短絡しているため、帯状間隙６６はＸＹ平面上では閉じた領域として形成されている。導電体部分６０ａ、６０ｂは、たとえば金、銅、アルミニウムなどの金属材料から形成され得る。導電体部分６０ａ、６０ｂは、多層構造を有していても良い。たとえば本体が銅から形成され、かつ、本体の表面が金層によって被覆されていても良い。
【００７０】
上述したように、本実施形態における第１のアンテナ入出力端子２０ａおよび第２のアンテナ入出力端子２０ｂの一方は信号端子として機能し、他方はグランド端子として機能する。このため、接続器６の第１の導電体部分６０ａおよび第２の導電体部分６０ｂは、ＸＹ面に沿って延びる平行２線導波路（終端短絡型）を構成する。不平衡型の場合、信号端子およびグランド端子は、それぞれ、ＳＩＧ端子およびＧＮＤ端子と表記される。ＳＩＧ端子およびＧＮＤ端子には、それぞれ、振幅が同じで極性の反転した信号が入出力される。一方、ミリ波ＩＣ２が一対の信号端子Ｓ（（Ｓ（＋）／Ｓ（−））を有している平衡型の場合、一対のＳＩＧ（＋）端子およびＳＩＧ（−）端子には、それぞれ、振幅が同じで極性の反転した信号が能動的に入出力される。この場合、ＧＮＤ端子には、ＳＩＧ（＋）端子の電位とＳＩＧ（−）端子の電位の中間電位が与えられる。
【００７１】
一例として図示されている実施形態において、図８Ａの左側に位置する接続器６は、Ｘ軸の負方向に延びる左側の導波部材１２２が作る導波路に結合する。図８Ａの右側に位置する接続器６は、Ｘ軸の正方向に延びる右側の導波部材１２２が作る導波路に結合する。導波部材１２２は、図８Ａに示されるように、少なくとも接続器６と結合する箇所で接続器６と交差するように配置されている。
【００７２】
なお、図８Ａでは、簡単のため、導波部材１２２の両側に配列されているロッド１２４の記載は省略されている。
【００７３】
本実施形態では、第１の導電体部分６０ａおよび第２の導電体部分６０ｂは誘電体のベース４５によって支持されている。この例におけるベース４５は、回路基板４のベースとしても機能している。ベース４５は、たとえばポリテトラフルオロエチレン（フッ素樹脂）などの樹脂材料から形成され得る。ベース４５にはスリット(貫通孔)が設けられており、第１の導電体部分６０ａおよび第２の導電体部分６０ｂは、それぞれ、このスリットの内壁面を覆っている。第１の導電体部分６０ａと第２の導電体部分６０ｂとの間には帯状間隙６６が存在する。この帯状間隙６６は、図８Ａに示されるように、ミリ波ＩＣ２が配置される領域（破線で囲まれた矩形領域）から、実装表面４ａに平行な方向（図の例ではＹ軸方向）に延びている。
【００７４】
図８Ｂおよび図８Ｃに示されるように、帯状間隙６６において、第１の導電体部分６０ａの端面６４ａと第２の導電体部分６０ｂの端面６４ｂとが対向している。帯状間隙６６の内部には空気が存在している。空気の比誘電率は約１．０であり、真空に近い誘電率を有している。帯状間隙６６は、第１の導電体部分６０ａの端面６４ａと第２の導電体部分６０ｂの端面６４ｂとの間の距離が局所的に短くなる幅狭部６６Ｎを有している。幅狭部６６Ｎを含む帯状間隙６６を有する接続器６は、たとえば金属薄板のエッチング加工、または打ち抜き加工によって形成され得る。そのような形成方法によると、接続器６は、第１の導電体部分６０ａおよび第２の導電体部分６０ｂを含む一枚の金属プレートとして得られる。帯状間隙６６は、金属プレートを貫通するスリットまたは貫通孔である。
【００７５】
幅狭部６６Ｎは、図８Ａおよび図８Ｃに示されるように、導波部材１２２の導波面１２２ａに近接して対向している。ベース４５の裏面の一部または全部は、第１の導電部材１１０として機能する金属層で覆われている。図示されている例において、この金属層（第１の導電部材１１０）は、第１の導電体部分６０ａの端面６４ａおよび第２の導電体部分６０ｂの端面６４ｂと連続したパターンを有しているが、これらのパターンが連続している必要はない。
【００７６】
図８Ｃに示される例において、各導波部材１２２の一端には、複数の導電性ロッド１２４が並び、チョーク構造１５０が形成されている。チョーク構造１５０は、先端が開放された導波部材（リッジ）１２２の端部と、そのリッジ１２２の端部の延長方向に並ぶ、高さが約λｏ／４（λｏ／２未満）の複数の導電性ロッドを含む。このチョーク構造１５０に含まれるリッジの長さは、リッジ導波路における電磁波の波長λｇとするとき、典型的にはλｇ／４である。但しこの長さは、このリッジを含む周辺導波路のインピーダンス状態により適宜変更され得る。チョーク構造１５０に含まれるリッジの長さは、例えばλｇ／８等の値をとることができる。このチョーク構造１５０により、導波部材１２２の一端から電磁波が漏洩することを抑制でき、効率よく電磁波を伝送することができる。
【００７７】
第１の導電体部分６０ａの端面６４ａ、および第２の導電体部分６０ｂの端面６４ｂのＺ軸方向におけるサイズには特に制限はない。
【００７８】
本開示においては、ミリ波ＩＣ２が生成するマイクロ波信号の周波数帯域のうちで最も高い周波数を持つ電磁波の自由空間中における波長をλｍとし、この周波数帯域の中心周波数を持つ電磁波の自由空間中における波長をλ０とする。ミリ波ＩＣ２のアンテナ入出力端子２０ａ、２０ｂから接続器６に高周波信号が入力されると、入力位置において、接続器６の第１の導電体部分６０ａおよび第２の導電体部分６０ｂが励振される。そのため、第１の導電体部分６０ａの端面６４ａと第２の導電体部分６０ｂの端面６４ｂとの間に高周波電界が誘起される。そしてこの電界に直交する高周波磁界が誘起されることで、端面６４ａと端面６４ｂとにより構成される平行２線導波路の間にある空間（帯状間隙６６）に高周波の電磁界が形成され、この平行２線導波路に沿って高周波信号が伝搬する。この高周波電磁波は自由空間における波長（λ０，λｍ）を有している。図示される向きに配置されている接続器６の場合、帯状間隙６６における電磁界の電界成分の方向は、主として、Ｘ軸方向に平行である。電界の強度は、帯状間隙６６の幅（この例では、Ｘ軸方向のサイズ）に反比例する。このため、幅狭部６６Ｎにおける電界強度は、帯状間隙６６における他の領域の電界強度よりも局所的に高くなる。このため、幅狭部６６Ｎに生じる高周波の電磁界が導波路装置１００の導波路に強く結合される。
【００７９】
逆に、高周波信号波が導波路装置１００の導波路を伝搬してきたときは、接続器６の幅狭部６６Ｎにおいて、導波路装置１００の導波路における高周波電磁界が第１の導電体部分６０ａおよび第２の導電体部分６０ｂを励振する。すると、第１の導電体部分６０ａの端面６４ａと第２の導電体部分６０ｂの端面６４ｂとの間にある空間（帯状間隙６６）に高周波電磁界が形成され、平行２線導波路に沿って高周波信号が伝搬する。こうして、ミリ波ＩＣ２のアンテナ入出力端子２０ａ、２０ｂに高周波信号が入力されることになる。
【００８０】
このように、本実施形態における接続器６の第１の導電体部分６０ａおよび第２の導電体部分６０ｂ、より正確には、第１の導電体部分６０ａの端面６４ａと第２の導電体部分６０ｂの端面６４ｂが平行２線導波路を規定する。このような平行２線導波路に挟まれた空間は、上述したように、空気で満たされ、真空に近い比誘電率を持つため、誘電損失を小さく抑えることができる。
【００８１】
図１０Ａおよび図１０Ｂを参照して、接続器６の詳細を説明する。図１０Ａおよび図１０Ｂは、接続器６の第１および第２の導電体部分６０ａ、６０ｂの形状およびサイズの例を説明するための平面図である。図１０Ａおよび図１０Ｂは、同じ形状の接続器６を記載している。同じ接続器６を２枚の図面に分けて記載した理由は、図面中の引出し線の錯綜を避け、見やすくするためである。
【００８２】
本実施形態において、帯状間隙６６の幅狭部６６Ｎは、図１０Ｂに示すように、第１の導電体部分６０ａの端面６４ａから第２の導電体部分６０ｂの端面６４ｂに向かって突出する第１の凸部６８ａと、第２の導電体部分６０ｂの端面６４ｂから第１の導電体部分６０ａの端面６４ａに向かって突出する第２の凸部とを有している。帯状間隙６６は、幅狭部６６Ｎを規定する第１の凸部６８ａおよび第２の凸部６８ｂによって第１幅広部６６ａと第２幅広部６６ｂとに分かれている。信号波の導波路における波長をλｇとするとき、第１の凸部６８ａおよび第２の凸部６８ｂのサイズＬ１０（Ｙ軸方向の長さ）は、たとえばλ０／４〜λ０／８の範囲に設定され得るが、これより小さくてもよい。また、幅狭部６６Ｎにおける第１の導電体部分６０ａの端面６４ａから第２の導電体部分６０ｂの端面６４ｂまでの距離Ｗ０は、たとえばλ０／４〜λ０／８の範囲に設定され得るが、これより小さくてもよい。車載用途で用いられる約７６ＧＨｚのミリ波においては、その波長が約４ｍｍであり、その１／８では約０．５ｍｍとなる。
【００８３】
本開示においては、Ｘ軸方向に関する第１幅広部６６ａの幅Ｗ１および第２幅広部６６ｂの幅Ｗ２は、それぞれ、λｍ／２未満である。また、Ｙ軸方向に関する第１幅広部６６ａの長さＬ１１および第２幅広部６６ｂの長さＬ１２は、それぞれ、λｍ／２未満である。Ｌ１１およびＬ１２が、それぞれ、λ０／４のとき、自由空間波長λ０の電磁波について基本モードの共振が生じ、幅狭部６６Ｎにおける電磁界の結合効率が最も高くなる。Ｌ１１＝Ｌ１２＝λ０／４のとき、幅狭部６６Ｎの位置で信号電圧の振幅が最大になる。伝搬する高周波信号の中心周波数がたとえば約７６ＧＨｚのとき、λ０／４は約１ｍｍである。
【００８４】
図１０Ａにおいて、帯状間隙６６のうち、第１の導電体部分６０ａの終端Ｅａ（第２の導電体部分６０ｂの終端Ｅｂ）から第１幅広部６６ａまでの長さＬＴには特に制約が無い。長さＬＴは任意の値を有し得る。図１０Ｂには、帯状間隙６６のうち、終端Ｅａ（Ｅｂ）から第１幅広部６６ａまでの部分が参照符号「６６ｃ」によって示されている。この部分間隙６６ｃは、直線的に延びている必要は無く、たとえばＸＹ平面内において屈曲していても良い。更に部分間隙６６ｃは、ベース４５の表面または実装表面４ａに沿って平行に配置されるが、これに限定されない。具体的な詳細構造は図示しないが、図９において、例えば＋Ｚ方向あるいは−Ｚ方向に屈曲しても良い。
【００８５】
ミリ波ＩＣ２における第１のアンテナ入出力端子２０ａの接続中心点Ｃａから第１の導電体部分６０ａの終端Ｅａまでの距離Ｌ３ａはλ０／２未満であり、第２のアンテナ入出力端子２０ｂの接続中心点Ｃｂから第２の導電体部分６０ｂの終端Ｅｂまでの距離Ｌ３ｂも、λ０／２未満である。距離Ｌ３ａおよびＬ３ｂがそれぞれλ０／４のとき、高周波信号は部分間隙６６ｃの＋Ｙ側端部で全反射する。これにより、接続部６は、最も高い効率でミリ波ＩＣ２の端子２０ａ、２０ｂに結合される。
【００８６】
マイクロ波集積回路素子におけるアンテナ入出力端子２０ａ、２０ｂと接続器６における導電体部分６０ａ、６０ｂとの接続がボンディングワイヤによって行われる場合、接続中心点Ｃａ、Ｃｂは、導電体部分６０ａ、６０ｂ上において、ボンディングワイヤが導電体部分６０ａ、６０ｂに接続している部分の中心である。
【００８７】
上記の実施形態における帯状間隙６６は、幅狭部６６Ｎにおいて、第１の凸部６８ａおよび第２の凸部６８ｂの両方を有している（ダブルリッジ構造）が、本開示の実施形態は、この例に限定されない。図１０Ｃに例示する通り、第１の凸部６８ａおよび第２の凸部６８ｂのいずれか一方の存在により、幅狭部６６Ｎを実現できる（シングルリッジ構造）。また、幅狭部６６Ｎは、直線的に突出したリッジ構造ではない曲線的な形状によっても実現され得る。
【００８８】
図１１は、接続器６の帯状間隙６６が有する幅狭部６６Ｎにおける電気力線（電界）によって導波路装置１００の導波路に生じた電気力線を模式的に示す断面図である。導波部材１２２の延びる方向は、少なくとも幅狭部６６Ｎに対向する位置において、幅狭部６６Ｎに生じる電気力線の向きに平行に設定されている。幅狭部６６Ｎに生じる電気力線（電界）の方向に対して、導波部材１２２の延びる方向が小さな角度で交差していても良い。ただし、この交差角度は小さい方が好ましい。交差角度の大きさに応じて伝送ロスが生じるためである。この伝送ロスを見込んで、接続器６と導波路装置１００とを結合させてもよい。たとえば交差角度が３０度以下であれば、当該伝送ロスは許容され得る場合がある。
【００８９】
図１０Ｂに示す例を用いて言い換える。導波路１２２は、幅狭部６６Ｎの直下（Ｚ方向）の位置において幅狭部６６Ｎと対向する。導波路１２２が延びる方向（Ｘ方向）と、帯状間隙６６が延びる方向（Ｙ方向）とは、当該対向する位置において交差していればよい。「交差」は非平行であることを意味する。図１０Ｂの例のような、直交する場合には限られない。たとえば交差角度は６０以上９０度未満であってもよい。
【００９０】
図１１では、不図示のマイクロ波集積回路素子を覆うように配置された人工磁気導体カバー８０が記載されている。この人工磁気導体カバー８０は、接続器６におけるスリット状の帯状間隙６６を伝搬する高周波信号がＺ軸の正方向へ漏えいすることを防止する。また、後述するように、この人工磁気導体カバー８０がミリ波ＩＣ２を覆っていれば、ミリ波ＩＣ２からの電磁波漏洩を抑制することもできる。
【００９１】
図１２Ａは、ミリ波ＩＣ２の裏面における端子２０ａ、２０ｂ、２０ｃの配置の一部を模式的に示す平面図である。この例において、第１のアンテナ入出力端子２０ａ、第２のアンテナ入出力端子２０ｂ、および他の端子２０ｃは、中心間距離Ｐで行および列状に配列されている。この例では、矩形領域の３辺に複数の第２のアンテナ入出力端子２０ｂが配置され、これらはミリ波ＩＣ２のグランド端子を構成し、その矩形領域の中央部に１個または２個の第１のアンテナ入出力端子２０ａが位置している。
【００９２】
図１２Ｂは、図１２Ａのミリ波ＩＣ２に対する接続器６の配置の例を模式的に示す平面図である。この例において、各接続器６の第１の導電体部分６０ａには１つの端子２０ａが接続され、第２の導電体部分６０ｂには１つの端子２０ｂが接続される。図１２Ｂにおける複数の端子２０のうち、接続器６に接続している端子２０は、黒い円で示されている。なお、図１２Ｂでは、各接続器６に結合する導波路の導波部材１２２が模式的に示されている。なおミリ波ＩＣ２の端子２０ａは、高周波信号が能動的に作用している端子である。一方端子２０ｂはこのＩＣのグランドラインに接続されており、複数の端子２０ｂはグランドとして相互に繋がっている。従って図１２Ｂの接続器６の第２の導電体部分６０ｂ側に、図においてハッチングで示されている端子２０ｂ、すなわち、接続器６に接続している黒い円の端子２０ｂ以外の端子２０ｂ、が存在する場合、これらハッチングされた端子２０ｂは、接続器６の第２の導電体部分６０ｂ側に接続していても良いし、接続していなくとも良い。しかし接続器６の第１の導電体部分６０ａ側に、ハッチングされた端子２０ｂがある場合、電気的な接触が生じないように両者は絶縁される。他方、端子２０ｃはこれら以外の信号端子であり、接続器６との電気的な接触が生じないように両者は絶縁される。なお、各導波部材１２２の両側には、人工磁気導体を構成する複数のロッドが配列されているが、簡単のため、図示は省略されている。
【００９３】
＜接続器の変形例＞
以下、図１３Ａ〜図１８Ｂを参照しながら、接続器６の変形例を説明する。
【００９４】
図１３Ａの例において、誘電体のベース４５に支持された一枚の金属層６０が第１の導電体部分６０ａおよび第２の導電体部分６０ｂを含んでいる。金属層６０の厚さは、たとえば５〜１００μｍの範囲に設定され、ベース４５の厚さは、たとえば０．１〜１ｍｍの範囲に設定される。金属層６０が十分な剛性を持つ場合、ベース４５の一部または全部は省略されてもよい。ベース４５は、回路基板４のベースの一部であってもよい。言い換えると、回路基板４の一部に金属層６０が形成され、それによって接続器６が実現されていても良い。
【００９５】
このように、第１の導電体部分６０ａおよび第２の導電体部分６０ｂがベース４５上に位置する金属層６０から形成されている場合、誘電損失を低減するという観点から、ベース４５は、帯状間隙６６と連通する貫通孔４５ａを有していることが好ましい。また、実装表面４ａの法線方向から視たとき、帯状間隙６６の幅狭部６６Ｎはベース４５の貫通孔４５ａの内部に位置していることが好ましい。
【００９６】
図１３Ａの例では、金属層６０は、ベース４５の上面に存在し、貫通孔４５ａの側面（内壁面）には存在しない。このような場合、導波部材１２２の導波面１２２ａから第１の導電体部分６０ａおよび第２の導電体部分６０ｂまでの距離は、ベース４５の厚さよりも大きい。導波部材１２２の導波面１２２ａから第１の導電体部分６０ａおよび第２の導電体部分６０ｂまでの距離を短くするためには、ベース４５を薄くすることが好ましい。
【００９７】
なお、ベース４５の貫通孔４５ａの側面の少なくとも一部を金属層６０で覆い、それによって導波部材１２２の導波面１２２ａから第１の導電体部分６０ａおよび第２の導電体部分６０ｂまでの距離を短縮してもよい。
【００９８】
図１３Ｂは、貫通孔４５ａの側面に第１の導電体部分６０ａおよび第２の導電体部分６０ｂを設けた構成例を示している。この例では、貫通孔４５ａの側面全体が金属層によって覆われているが、側面の一部のみが金属層によって覆われていても良い。図１３Ｂには示されていないが、マイクロ波ＩＣ２の端子２０に接続される位置では、第１の導電体部分６０ａおよび第２の導電体部分６０ｂはベース４５の上面に拡がっていることが好ましい。図１３Ａおよび図１３Ｂに示される金属層６０は、たとえばメッキ法によって形成され得る。
【００９９】
図１４は、他の変形例を示す。図１４の例では、第１の導電体部分６０ａおよび第２の導電体部分６０ｂを含む金属層６０が自立的な剛性を持つ金属薄板（金属プレート）から構成されている。この金属層６０の厚さは、たとえば０．１〜２．０ｍｍの範囲に設定され得る。図示されている例において、金属層６０を構成する金属薄板は、回路基板４と少なくとも部分的に重なるように積層されている。図１４の例における金属層６０は、導波路装置１００における導電部材１１０としての機能を果たすことができる。この例における金属層６０の裏面は、導電部材１１０の導電性表面１１０ａでもある。帯状間隙６６の形成は、金属薄板のエッチング加工、打ち抜き加工などによって行われ得る。金属層６０の厚さは一様である必要は無く、強度を高めるためのリッジまたは枠構造が金属層６０の外周部に設けられていても良い。
【０１００】
図１５は、さらに他の変形例を示す。図１５の例では、剛性を有する金属薄板から構成される金属層６０が、回路基板４とは重なり合うことなく、回路基板４と同一面内に配置されている。回路基板４の裏面には、導電部材１１０として機能する他の金属層が形成されている。
【０１０１】
図１６Ａは、さらに他の変形例を示す。図１６Ｂは、わかりやすさのため、この変形例における実装基板１の部品である回路基板４と、接続器６を実現する金属層６０とをＺ方向に離した状態で記載した図である。図示されるように、この変形例では、回路基板４に複数のスルーホール４５ｘが設けられており、金属薄板から形成された金属層６０が回路基板４の裏面側に配置されている。回路基板４のスルーホール４５ｘにより、マイクロ波ＩＣ２の端子２０を金属層６０の所定位置に接続することができる。スルーホール４５ｘは、導電体が埋め込まれたビアであってもよい。この金属層６０は、導電部材１１０としても機能する。
【０１０２】
図１７Ａおよび図１７Ｂは、さらに他の変形例を示す。この例では、金属薄板を加工して製造された接続器６が誘電体のベース４５に取り付けられている。このベース４５は、回路基板４のベースを兼ねている。図１７Ｂに示されるように、誘電体のベース４５には貫通孔(開口)４５ａが設けられている。金属製の接続器６は、この貫通孔４５ａに重なるようにベース４５に固定される。接続器６の全体が金属から形成されている必要はない。接続器６は、図示されているような形状を有する基部と、そのような基部の表面を被覆する金属層とから構成されていても良い。
【０１０３】
図１８Ａおよび図１８Ｂは、さらに他の変形例を示す。図１８Ａの例でも、金属薄板を加工して製造された接続器６が誘電体のベース４５に取り付けられている。図１８Ｂに示されるように、誘電体のベース４５には、対向する２個の凸部を有する貫通孔(開口)４５ａが設けられている。金属製の接続器６は、この貫通孔４５ａに重なるようにベース４５に固定される。この例の接続器６も、図示される形状を有する基部と、そのような基部の上面または全面を被覆する金属層とから構成されていても良い。
【０１０４】
図１９Ａは、導波路装置１００における導波部材１２２およびロッド１２４の配置例を示す平面図であり、図１９Ｂは、図１９Ａの導波部材１２２が規定する導波路に接続される接続器６の配置例を示す平面図である。図１９Ａの導波路装置１００の上に、図１９Ｂの接続器６を備える実装基板１が配置される。この配置関係は、２つの導波部材１２２の端部において、接続器６における帯状間隙６６の幅狭部６６Ｎが対向するように決定される。
【０１０５】
図２０および図２１は、それぞれ、接続器６の他の配置例を示す平面図である。図２０の例では、導波部材１２２が屈曲している。一方、図２１の例では、第１の導電体部分６０ａと第２の導電体部分６０ｂとの間の帯状間隙６６が屈曲するスリット形状を有している。帯状間隙６６は一方向に延びても良いし、屈曲していてもよい。導波部材１２２の形状および位置に合わせて帯状間隙６６の形状は多様であり得る。
【０１０６】
図２２は、ミリ波ＩＣ２の＋Ｚ方向側にも、ワッフルアイアン構造を有する人工磁気導体カバー８０を設けたマイクロ波モジュール１０００の断面構成例を示す。人工磁気導体カバー８０における導電部材１２０’から−Ｚ方向に、複数の導電性ロッド１２４’が延びている。導電部材１２０’および複数の導電性ロッド１２４’の形状およびサイズなどの構成要件は、図４を参照しながら説明した構成要件と同じである。ミリ波ＩＣ２の上下（Ｚ方向）に、導電性ロッド１２４を有する導電部材１２０と、導電性ロッド１２４’を有する導電部材１２０’とを配置することにより、電磁波の漏れを大きく低減できる。
【０１０７】
図２２の例では、実装基板１が備える回路基板４の内部にグランド電位の内部導電部材(グランド層)１１０ｃが設けられている。このグランド層１００ｃが人工磁気導体カバー８０に必要な導電性表面として機能する。このため、導電性ロッド１２４’の先端部から内部導電部材１１０ｃまでの距離Ｌ２’、および、導電性ロッド１２４’の基部から内部導電部材１１０ｃまでの距離Ｌ４を所定の範囲内に設定する必要がある。
【０１０８】
なお、この例では、ミリ波ＩＣ２が人工磁気導体カバー８０に完全に覆われているが、本開示はこの例に限定されない。電磁波の遮蔽効果を得ようとする位置または領域においては、実装基板１における回路基板４の実装表面４ａに導電体のパターンを設けてもよい。この導電体のパターンは、内部導電部材１１０ｃに代わり、複数の導電性ロッド１２４’とともに人工磁気導体を形成する。
【０１０９】
このような構成を採用する理由を説明する。いま、ミリ波ＩＣ２の厚さを約１ｍｍとする。たとえば、自由空間波長λ0＝４ｍｍの電磁波を発生させようとすると、導電性ロッド１２４’の基部と導電部材との間隔Ｌ４はλ0／２（約２ｍｍ）未満にする必要がある。ミリ波ＩＣ２の厚さ（約１ｍｍ）を考慮すると、導電性ロッド１２４’の長さ（高さ）は、１ｍｍ未満になる。導電性ロッド１２４’の先端部と内部導電部材１１０ｃとの間の距離Ｌ２’は、ミリ波ＩＣ２の厚さ以上必要であるから１ｍｍを超える。電磁波の遮蔽効果を実現するためには、導電性ロッド１２４’の長さ（高さ）をλ0／４（約１ｍｍ）程度に設定し、かつ、距離Ｌ２’を可能な限り短くすることが好ましい。導電性ロッド１２４’の先端部から内部導電部材１１０ｃまでの距離Ｌ２’を充分に短くするためには、内部導電部材１１０ｃに代えて、実装基板１の上面に導電体のパターンを設けることが好適である。
【０１１０】
ただし、上述の構成を採用した場合であっても、または採用しなかった場合にはなおさら、対向する導電性ロッド１２４’の先端部とミリ波ＩＣ２の表面との間隔は非常に短くなる。つまり、両者が互いに接触する可能性が高まる。
【０１１１】
図２３は、ミリ波ＩＣ２と導電性ロッド１２４’との間に設けられた絶縁樹脂１６０を示す。なお、図２３には、回路基板４の上面に表面導電部材１１０ｄが設けられている例を示している。
【０１１２】
絶縁樹脂１６０のような絶縁材料を、導電性ロッド１２４’の先端部とミリ波ＩＣ２の表面との間に設けることにより、両者の接触を防止することが可能になる。
【０１１３】
ここで、ロッド基部（導電部材１２０’の導電性表面）と導電層との間隔の条件を検討する。
【０１１４】
導電部材１２０’の導電性表面と表面導電部材１１０ｄとの間隔Ｌ４の条件は、空気層と樹脂層１６０との間で電磁波が伝搬することによって定在波が立たない条件、即ち半周期以下の位相条件を満たしていることが必要である。表面導電部材１１０ｄを設けていない場合には、実装基板１の表面から基板内部の内部導電部材１１０ｃに至るまでの誘電体層も考慮する必要がある。
【０１１５】
いま、絶縁樹脂１６０の厚さをｄ、空気層の厚さをａ、絶縁樹脂内部の電磁波の波長をλε、空気層の電磁波の波長をλ0とすると、以下の関係が成り立つ必要がある。
【数１】
2019054315.tif 000003
【０１１６】
なお導電性ロッド１２４’の先端部にのみ絶縁樹脂１６０を置く場合は、導電性ロッド１２４’の基部（導電部材１２０’の導電性表面）と表面導電部材１１０ｄの間は空気層のみになる。そのときは、導電部材１２０’の導電性表面と表面導電部材１１０ｄとの間隔Ｌ４はλ0／２未満であれば良い。
【０１１７】
絶縁樹脂１６０として熱伝導率が所定値以上の樹脂を採用すると、ミリ波ＩＣ２において発生した熱を導電部材１２０’に伝達させることができる。これにより、モジュールの放熱効率を向上させることができる。
【０１１８】
さらに、図２３に示すように、導電部材１２０’の＋Ｚ側の面に直接ヒートシンク１７０を設けてもよい。ヒートシンク１７０は、上述した熱伝導率が高い樹脂によって構成されていてもよいし、窒化アルミニウムや窒化ケイ素などの熱伝導率の高いセラミック部材を用いてもよい。これらにより、冷却性能の高いモジュール１００を構成できる。ヒートシンク１７０の形状も任意である。
【０１１９】
なお、絶縁樹脂１６０およびヒートシンク１７０は、図２３に示すように同時に組み込む必要は無い。別個独立に組み込むか否かを決定することができる。
【０１２０】
＜応用例１＞
以下、マイクロ波モジュール１０００をレーダ装置に応用するための構成を説明する。具体例として、マイクロ波モジュール１００と放射素子とを組み合わせたレーダ装置の例を説明する。
【０１２１】
まず、スロットアレーアンテナの構成を説明する。スロットアレーアンテナにはホーンを設けているが、ホーンの有無は任意である。
【０１２２】
図２４は、放射素子として機能する複数のスロットを有するスロットアレーアンテナ３００の構造の一部を模式的に示す斜視図である。このスロットアレーアンテナ３００は、二次元的に配列された複数のスロット３１２および複数のホーン３１４を有する第１の導電部材３１０と、複数の導波部材３２２Ｕおよび複数の導電性ロッド３２４Ｕが配列された第２の導電部材３２０とを備える。第１の導電部材３１０における複数のスロット３１２は、第１の導電部材３１０の第１の方向（Ｙ方向）および第１の方向に交差（この例では直交）する第２の方向（Ｘ方向）に配列されている。図２４は、簡単のため、導波部材３２２Ｕの各々の端部または中央に配置され得るポートおよびチョーク構造の記載は省略されている。本実施形態では、導波部材３２２Ｕの数は４個であるが、導波部材３２２Ｕの数は２個以上であればよい。
【０１２３】
図２５Ａは、図２４に示す２０個のスロットが５行４列に配列されたアレーアンテナ３００をＺ方向からみた上面図である。図２５Ｂは、図２５ＡのＤ−Ｄ’線による断面図である。このアレーアンテナ３００における第１の導電部材３１０は、複数のスロット３１２にそれぞれ対応して配置された複数のホーン３１４を備えている。複数のホーン３１４の各々は、スロット３１２を囲む４つの導電壁を有している。このようなホーン３１４により、指向特性を向上させることができる。
【０１２４】
図示されるアレーアンテナ３００においては、スロット３１２に直接的に結合する導波部材３２２Ｕを備える第１の導波路装置３５０ａと、第１の導波路装置３５０ａの導波部材３２２Ｕに結合する他の導波部材３２２Ｌを備える第２の導波路装置３５０ｂとが積層されている。第２の導波路装置３５０ｂの導波部材３２２Ｌおよび導電性ロッド３２４Ｌは、第３の導電部材３４０上に配置されている。第２の導波路装置３５０ｂは、基本的には、第１の導波路装置３５０ａの構成と同様の構成を備えている。
【０１２５】
図２５Ａに示すように、導電部材３１０は、第１の方向（Ｙ方向）および第１の方向に直交する第２の方向（Ｘ方向）に配列された複数のスロット３１２を備える。複数の導波部材３２２Ｕの導波面３２２ａは、Ｙ方向に延びており、複数のスロット３１２のうち、Ｙ方向に並んだ４つのスロットに対向している。この例では導電部材３１０は、５行４列に配列された２０個のスロット３１２を有しているが、スロット３１２の数はこの例に限定されない。各導波部材３２２Ｕは、複数のスロット３１２のうち、Ｙ方向に並んだ全てのスロットに対向している例に限らず、Ｙ方向に隣接する少なくとも２つのスロットに対向していればよい。隣接する２つの導波面１２２ａの中心間隔は、たとえば波長λｏよりも短く設定される。このような構造とすることで、グレーティングローブの発生を回避できる。隣接する２つの導波面１２２ａの中心間隔は短い程グレーティングローブの影響は現れにくくなるが、λｏ／２未満とすることは必ずしも好ましくはない。導電部材や導電性ロッドの幅を狭くする必要が生ずるためである。
【０１２６】
図２５Ｃは、第１の導波路装置３５０ａにおける導波部材３２２Ｕの平面レイアウトを示す図である。図２５Ｄは、第２の導波路装置３５０ｂにおける導波部材３２２Ｌの平面レイアウトを示す図である。これらの図から明らかなように、第１の導波路装置３５０ａにおける導波部材３２２Ｕは直線状に延びており、分岐部も屈曲部も有していない。一方、第２の導波路装置３５０ｂにおける導波部材３２２Ｌは分岐部および屈曲部の両方を有している。第２の導波路装置３５０ｂにおける「第２の導電部材３２０」と「第３の導電部材３４０」との組み合わせは、第１の導波路装置３５０ａにおける「第１の導電部材３１０」と「第２の導電部材３２０」との組み合わせに相当する。
【０１２７】
第１の導波路装置３５０ａにおける導波部材３２２は、第２の導電部材３２０が有するポート（開口部）３４５Ｕを通じて第２の導波路装置３５０ｂにおける導波部材３２２Ｌに結合する。言い換えると、第２の導波路装置３５０ｂの導波部材３２２Ｌを伝搬してきた電磁波は、ポート３４５Ｕを通って第１の導波路装置３５０ａの導波部材３２２Ｕに達し、第１の導波路装置３５０ａの導波部材３２２Ｕを伝搬することができる。このとき、各スロット３１２は、導波路を伝搬していきた電磁波を空間に向けて放射するアンテナ素子として機能する。反対に、空間を伝搬してきた電磁波がスロット３１２に入射すると、その電磁波はスロット３１２の直下に位置する第１の導波路装置３５０ａの導波部材３２２Ｕに結合し、第１の導波路装置３５０ａの導波部材３２２Ｕを伝搬する。第１の導波路装置３５０ａの導波部材３２２Ｕを伝搬してきた電磁波は、ポート３４５Ｕを通って第２の導波路装置３５０ｂの導波部材３２２Ｌに達し、第２の導波路装置３５０ｂの導波部材３２２Ｌを伝搬することも可能である。第２の導波路装置３５０ｂの導波部材３２２Ｌは、第３の導電部材３４０のポート３４５Ｌを介して、外部にあるモジュール１００（図Ｘ１）に結合され得る。
【０１２８】
図２５Ｄは、マイクロ波モジュール１０００における導波部材１２２と、第３の導電部材３４０の導波部材３２２Ｌとが接続された構成例を示している。上述の通り、導電部材１２０のＺ方向には実装基板１の接続器６が設けられており、実装基板１上のミリ波ＩＣ２によって生成された信号波が、導波部材１２２上の導波面１２２ａおよび導波部材３２２Ｌ上の導波面を伝搬する。
【０１２９】
図２５Ａに示される第１の導電部材３１０を「放射層」と呼ぶことができる。また、図２５Ｃに示される第２の導電部材３２０、導波部材３２２Ｕ、および導電性ロッド３２４Ｕの全体を「励振層」と呼び、図２５Ｄに示される第３の導電部材３４０、導波部材３２２Ｌ、および導電性ロッド３２４Ｌの全体を「分配層」と呼んでも良い。また「励振層」と「分配層」とをまとめて「給電層」と呼んでも良い。「放射層」、「励振層」および「分配層」は、それぞれ、一枚の金属プレートを加工することによって量産され得る。放射層、励振層、分配層、および分配層の背面側に設けられる電子回路は、モジュール化された１つの製品として製造され得る。
【０１３０】
この例におけるアレーアンテナでは、図２５Ｂからわかるように、プレート状の放射層、励振層および分配層が積層されているため、全体としてフラットかつ低姿勢(ｌｏｗ  ｐｒｏｆｉｌｅ)のフラットパネルアンテナが実現している。たとえば、図２５Ｂに示す断面構成を持つ積層構造体の高さ(厚さ)を１０ｍｍ以下にすることができる。
【０１３１】
図２５Ｄに示される例では、導波部材１２２から導波部材３２２Ｌを経て、第２の導電部材３２０の各ポート３４５Ｕ(図２５Ｃ参照)に至るまでの距離が、全て等しい。このため、導波部材１２２の導波面１２２ａを伝搬し、導波部材３２２Ｌに入力された信号波は、第２の導波部材３２２ＵのＹ方向における中央に配置された４つのポート３４５Ｕのそれぞれに同じ位相で到達する。その結果、第２の導電部材３２０上に配置された４個の導波部材３２２Ｕは、同位相で励振され得る。
【０１３２】
なお、用途によっては、アンテナ素子として機能する全てのスロット３１２が同位相で電磁波を放射する必要はない。励振層および分配層における導波部材３２２のネットワークパターンは任意であり、図示される形態に限定されない。
【０１３３】
図２５Ｃに示すように、本実施形態では、複数の導波部材３２２における隣接する２つの導波面３２２ａの間にはＹ方向に配列された１列の導電性ロッド３２４Ｕしか存在していない。このように形成することにより、その２つの導波面の間は、電気壁だけでなく磁気壁（人工磁気導体）も含まない空間になる。このような構造により、隣接する２つの導波部材３２２の間隔を短縮することができる。その結果、Ｘ方向に隣接する２つのスロット３１２の間隔も同様に短縮することができる。これにより、グレーティングローブの発生の抑制を図ることができる。
【０１３４】
本実施形態では、隣接する２つの導波部材の間に電気壁も磁気壁も存在しないため、その２つの導波部材上を伝搬する信号波の混合が生じ得る。しかし、本実施形態において不具合は生じない。本実施形態のスロットアレーアンテナ３００は、電子回路３１０の動作中、隣接する２つの導波路を伝搬する電磁波の位相が、Ｘ方向に隣接する２つのスロット３１２の位置で実質的に同一になるように設計されているためである。本実施形態における電子回路３１０は、図２５Ｃおよび図２５Ｄに示すポート３４５Ｕ、３４５Ｌを介して各導波部材３２２Ｕ上の導波路に接続されている。電子回路３１０から出力された信号波は、分配層で分岐した上で、複数の導波部材３２２Ｕ上を伝搬し、複数のスロット３１２まで到達する。Ｘ方向に隣接する２つのスロット３１２の位置で信号波の位相を同一にするために、たとえば電子回路から２つのスロット３１２までの導波路の長さの合計が実質的に等しくなるように設計される。
【０１３５】
＜応用例２：車載レーダシステム＞
次に、上述したアレーアンテナを利用する応用例として、アレーアンテナを備えた車載レーダシステムの一例を説明する。車載レーダシステムに利用される送信波は、たとえば７６ギガヘルツ（ＧＨｚ）帯の周波数を有し、その自由空間中の波長λｏは約４ｍｍである。
【０１３６】
自動車の衝突防止システムや自動運転などの安全技術には、特に自車両の前方を走行する１または複数の車両（物標）の識別が不可欠である。車両の識別方法として、従来からレーダシステムを用いた到来波の方向を推定する技術の開発が進められてきた。
【０１３７】
図２６は、自車両５００と、自車両５００と同じ車線を走行している先行車両５０２とを示す。自車両５００は、上述した実施形態にアレーアンテナを有する車載レーダシステムを備えている。自車両５００の車載レーダシステムが高周波の送信信号を放射すると、その送信信号は先行車両５０２に到達して先行車両５０２で反射され、その一部は再び自車両５００に戻る。車載レーダシステムは、その信号を受信して、先行車両５０２の位置、先行車両５０２までの距離、速度等を算出する。
【０１３８】
図２７は、自車両５００の車載レーダシステム５１０を示す。車載レーダシステム５１０は車内に配置されている。より具体的には、車載レーダシステム５１０は、リアビューミラーの鏡面と反対側の面に配置されている。車載レーダシステム５１０は、車内から車両５００の進行方向に向けて高周波の送信信号を放射し、進行方向から到来した信号を受信する。
【０１３９】
本応用例による車載レーダシステム５１０は、上記の実施形態におけるアレーアンテナを有している。本応用例では、複数の導波部材の各々が延びる方向が鉛直方向に一致し、複数の導波部材の配列方向が水平方向に一致するように配置される。このため、複数のスロットを正面から見たときの横方向の寸法を小さくできる。上述のアレーアンテナを含むアンテナ装置の寸法の一例は、横×縦×奥行きが、６０×３０×１０ｍｍである。７６ＧＨｚ帯のミリ波レーダシステムのサイズとしては非常に小型であることが理解される。
【０１４０】
なお、従来の多くの車載レーダシステムは、車外、たとえばフロントノーズの先端部に設置されている。その理由は、車載レーダシステムのサイズが比較的大きく、本開示のように車内に設置することが困難であるからである。
【０１４１】
本応用例によれば、送信アンテナに用いられる複数の導波部材（リッジ）の間隔を狭くすることができるため、隣接する導波部材に対向して設けられる複数のスロットの間隔も狭くすることができる。これにより、グレーティングローブの影響を抑制することができる。たとえば、横方向に隣接する２つのスロットの中心間隔を送信波の波長λｏの半分未満（約２ｍｍ未満）にした場合にはグレーティングローブは発生しない。スロットの中心間隔を送信波の波長λｏの半分よりも大きい場合であっても、一般の車載レーダシステム用送信アンテナと比較すると、隣接するアンテナ素子の間隔を狭くすることができる。これにより、グレーティングローブの影響を抑制できる。なお、グレーティングローブは、アンテナ素子の配列間隔が電磁波の波長の半分よりも大きくなると出現し、アンテナ素子の配列間隔が広がるほど主ローブにより近い方位に現れる。送信アンテナのアレーファクタを調整することにより、送信アンテナの指向性を調整することができる。複数の導波部材上を伝送される電磁波の位相を個別に調整できるように、位相シフタを設けてもよい。位相シフタを設けることにより、送信アンテナの指向性を任意の方向に変更することができる。位相シフタの構成は周知であるため、その構成の説明は省略する。
【０１４２】
本応用例における受信アンテナは、グレーティングローブに由来する反射波の受信を低減できるため、以下に説明する処理の精度を向上させることができる。以下、受信処理の一例を説明する。
【０１４３】
図２８（ａ）は、車載レーダシステム５１０のアレーアンテナＡＡと、複数の到来波ｋ（ｋ：１〜Ｋの整数；以下同じ。Ｋは異なる方位に存在する物標の数。）との関係を示している。アレーアンテナＡＡは、直線状に配列されたＭ個のアンテナ素子を有する。原理上、アンテナは送信および受信の両方に利用することが可能であるため、アレーアンテナＡＡは送信アンテナおよび受信アンテナの両方を含み得る。以下では受信アンテナが受信した到来波を処理する方法の例を説明する。
【０１４４】
アレーアンテナＡＡは、様々な角度から同時に入射する複数の到来波を受ける。複数の到来波の中には、同じ車載レーダシステム５１０の送信アンテナから放射され、物標で反射された到来波が含まれる。さらに、複数の到来波の中には、他の車両から放射された直接的または間接的な到来波も含まれる。
【０１４５】
到来波の入射角度（すなわち到来方向を示す角度）は、アレーアンテナＡＡのブロードサイドＢを基準とする角度を表している。到来波の入射角度は、アンテナ素子群が並ぶ直線方向に垂直な方向に対する角度を表す。
【０１４６】
いま、ｋ番目の到来波に注目する。「ｋ番目の到来波」とは、異なる方位に存在するＫ個の物標からアレーアンテナにＫ個の到来波が入射しているときにおける、入射角θkによって識別される到来波を意味する。
【０１４７】
図２８（ｂ）は、ｋ番目の到来波を受信するアレーアンテナＡＡを示している。アレーアンテナＡＡが受信した信号は、Ｍ個の要素を持つ「ベクトル」として、数１のように表現できる。
（数１）
Ｓ＝［ｓ1，ｓ2，…，ｓM］T
【０１４８】
ここで、ｓm（ｍ：１〜Ｍの整数；以下同じ。）は、ｍ番目のアンテナ素子が受信した信号の値である。上付きのＴは転置を意味する。Ｓは列ベクトルである。列ベクトルＳは、アレーアンテナの構成によって決まる方向ベクトル（ステアリングベクトルまたはモードベクトルと称する。）と、物標（波源または信号源とも称する。）における信号を示す複素ベクトルとの積によって与えられる。波源の個数がＫであるとき、各波源から個々のアンテナ素子に到来する信号の波が線形的に重畳される。このとき、ｓmは数２のように表現できる。
【数２】
2019054315.tif 000004
【０１４９】
数２におけるａk、θkおよびφkは、それぞれ、ｋ番目の到来波の振幅、到来波の入射角度、および初期位相である。λは到来波の波長を示し、ｊは虚数単位である。
【０１５０】
数２から理解されるように、ｓmは、実部（Ｒｅ）と虚部（Ｉｍ）とから構成される複素数として表現されている。
【０１５１】
ノイズ（内部雑音または熱雑音）を考慮してさらに一般化すると、アレー受信信号Ｘは数３のように表現できる。
（数３）
Ｘ＝Ｓ＋Ｎ
Ｎはノイズのベクトル表現である。
【０１５２】
信号処理回路は、数３に示されるアレー受信信号Ｘを用いて到来波の自己相関行列Ｒｘｘ（数４）を求め、さらに自己相関行列Ｒｘｘの各固有値を求める。
【０１５３】
【数４】
2019054315.tif 000005
【０１５４】
ここで、上付きのＨは複素共役転置（エルミート共役）を表す。
【０１５５】
求めた複数の固有値のうち、熱雑音によって定まる所定値以上の値を有する固有値（信号空間固有値）の個数が、到来波の個数に対応する。そして、反射波の到来方向の尤度が最も大きくなる（最尤度となる）角度を算出することにより、物標の数および各物標が存在する角度を特定することができる。この処理は、最尤推定法として公知である。
【０１５６】
次に、図２９を参照する。図２９は、本開示による車両走行制御装置６００の基本構成の一例を示すブロック図である。図２９に示される車両走行制御装置６００は、車両に実装されたレーダシステム５１０と、レーダシステム５１０に接続された走行支援電子制御装置５２０とを備えている。レーダシステム５１０は、アレーアンテナＡＡと、レーダ信号処理装置５３０とを有している。
【０１５７】
アレーアンテナＡＡは、複数のアンテナ素子を有しており、その各々が１個または複数個の到来波に応答して受信信号を出力する。上述のように、アレーアンテナＡＡは高周波のミリ波を放射することも可能である。なお、アレーアンテナＡＡは、上記の実施形態におけるアレーアンテナに限らず、受信に適した他のアレーアンテナであってもよい。
【０１５８】
レーダシステム５１０のうち、アレーアンテナＡＡは車両に取り付けられる必要がある。しかしながらレーダ信号処理装置５３０の少なくとも一部の機能は、車両走行制御装置６００の外部（たとえば自車両の外）に設けられたコンピュータ５５０およびデータベース５５２によって実現されてもよい。その場合、レーダ信号処理装置５３０のうちで車両内に位置する部分は、車両の外部に設けられたコンピュータ５５０およびデータベース５５２に、信号またはデータの双方向通信が行えるように、常時または随時に接続され得る。通信は、車両が備える通信デバイス５４０、および一般の通信ネットワークを介して行われる。
【０１５９】
データベース５５２は、各種の信号処理アルゴリズムを規定するプログラムを格納していても良い。レーダシステム５１０の動作に必要なデータおよびプログラムの内容は、通信デバイス５４０を介して外部から更新され得る。このように、レーダシステム５１０の少なくとも一部の機能は、クラウドコンピューティングの技術により、自車両の外部(他の車両の内部を含む)において実現し得る。したがって、本開示における「車載」のレーダシステムは、構成要素のすべてが車両に搭載されていることを必要としない。ただし、本願では、簡単のため、特に断らない限り、本開示の構成要素のすべてが１台の車両（自車両）に搭載されている形態を説明する。
【０１６０】
レーダ信号処理装置５３０は、信号処理回路５６０を有している。この信号処理回路５６０は、アレーアンテナＡＡから直接または間接に受信信号を受け取り、受信信号、または受信信号から生成した二次信号を到来波推定ユニットＡＵに入力する。受信信号から二次信号を生成する回路（不図示）の一部または全部は、信号処理回路５６０の内部に設けられている必要はない。このような回路（前処理回路）の一部または全部は、アレーアンテナＡＡとレーダ信号処理装置５３０との間に設けられていても良い。
【０１６１】
信号処理回路５６０は、受信信号または二次信号を用いて演算を行い、到来波の個数を示す信号を出力するように構成されている。ここで、「到来波の個数を示す信号」は、自車両の前方を走行する１または複数の先行車両の数を示す信号ということができる。
【０１６２】
この信号処理回路５６０は、公知のレーダ信号処理装置が実行する各種の信号処理を実行するように構成されていればよい。たとえば、信号処理回路５６０は、ＭＵＳＩＣ法、ＥＳＰＲＩＴ法、およびＳＡＧＥ法などの「超分解能アルゴリズム」（スーパーレゾリューション法）、または相対的に分解能が低い他の到来方向推定アルゴリズムを実行するように構成され得る。
【０１６３】
図２９に示す到来波推定ユニットＡＵは、任意の到来方向推定アルゴリズムにより、到来波の方位を示す角度を推定し、推定結果を示す信号を出力する。信号処理回路５６０は、到来波推定ユニットＡＵが公知のアルゴリズムにより、到来波の波源である物標までの距離、物標の相対速度、物標の方位を推定し、推定結果を示す信号を出力する。
【０１６４】
本開示における「信号処理回路」の用語は、単一の回路に限られず、複数の回路の組み合わせを概念的に一つの機能部品として捉えた態様も含む。信号処理回路５６０は、１個または複数のシステムオンチップ（ＳｏＣ）によって実現されても良い。たとえば、信号処理回路５６０の一部または全部がプログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）であるＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）であってもよい。その場合、信号処理回路５６０は、複数の演算素子（たとえば汎用ロジックおよびマルチプライヤ）および複数のメモリ素子（たとえばルックアップテーブルまたはメモリブロック）を含む。または、信号処理回路５６０は、汎用プロセッサおよびメインメモリ装置の集合であってもよい。信号処理回路５６０は、プロセッサコアとメモリとを含む回路であってもよい。これらは信号処理回路５６０として機能し得る。
【０１６５】
走行支援電子制御装置５２０は、レーダ信号処理装置５３０から出力される各種の信号に基づいて車両の走行支援を行うように構成されている。走行支援電子制御装置５２０は、所定の機能を発揮するように各種の電子制御ユニットに指示を行う。所定の機能は、たとえば、先行車両までの距離（車間距離）が予め設定された値よりも短くなったときに警報を発してドライバにブレーキ操作を促す機能、ブレーキを制御する機能、アクセルを制御する機能を含む。たとえば、自車両のアダプティブクルーズコントロールを行う動作モードのとき、走行支援電子制御装置５２０は、各種の電子制御ユニット（不図示）およびアクチュエータに所定の信号を送り、自車両から先行車両までの距離を予め設定された値に維持したり、自車両の走行速度を予め設定された値に維持したりする。
【０１６６】
ＭＵＳＩＣ法による場合、信号処理回路５６０は、自己相関行列の各固有値を求め、それらのうちの熱雑音によって定まる所定値（熱雑音電力）より大きい固有値（信号空間固有値）の個数を、到来波の個数を示すとして出力する。
【０１６７】
次に、図３０を参照する。図３０は、車両走行制御装置６００の構成の他の例を示すブロック図である。図３０の車両走行制御装置６００におけるレーダシステム５１０は、受信専用のアレーアンテナ（受信アンテナとも称する。）Ｒｘおよび送信専用のアレーアンテナ（送信アンテナとも称する。）Ｔｘを含むアレーアンテナＡＡと、物体検知装置５７０とを有している。
【０１６８】
送信アンテナＴｘおよび受信アンテナＲｘの少なくとも一方は、上述した導波路構造を有している。送信アンテナＴｘは、たとえばミリ波である送信波を放射する。受信専用の受信アンテナＲｘは、１個または複数個の到来波（たとえばミリ波）に応答して受信信号を出力する。
【０１６９】
送受信回路５８０は、送信波のための送信信号を送信アンテナＴｘに送り、また、受信アンテナＲｘで受けた受信波による受信信号の「前処理」を行う。前処理の一部または全部は、レーダ信号処理装置５３０の信号処理回路５６０によって実行されても良い。送受信回路５８０が行う前処理の典型的な例は、受信信号からビート信号を生成すること、および、アナログ形式の受信信号をデジタル形式の受信信号に変換することを含み得る。
【０１７０】
なお、本開示によるレーダシステムは、車両に搭載される形態の例に限定されず、道路または建物に固定されて使用され得る。
【０１７１】
続いて、車両走行制御装置６００のより具体的な構成の例を説明する。
【０１７２】
図３１は、車両走行制御装置６００のより具体的な構成の例を示すブロック図である。図３０に示される車両走行制御装置６００は、レーダシステム５１０と、車載カメラシステム７００とを備えている。レーダシステム５１０は、アレーアンテナＡＡと、アレーアンテナＡＡに接続された送受信回路５８０と、信号処理回路５６０とを有している。
【０１７３】
車載カメラシステム７００は、車両に搭載される車載カメラ７１０と、車載カメラ７１０によって取得された画像または映像を処理する画像処理回路７２０とを有している。
【０１７４】
本応用例における車両走行制御装置６００は、アレーアンテナＡＡおよび車載カメラ７１０に接続された物体検知装置４００と、物体検知装置４００に接続された走行支援電子制御装置５２０とを備えている。この物体検知装置４００は、前述した信号処理装置５３０に加えて、送受信回路５８０および画像処理回路７２０を含んでいる。物体検知装置４００は、レーダシステム５１０によって得られる情報だけではなく、画像処理回路７２０によって得られる情報を利用して、道路上または道路近傍における物標を検知することができる。たとえば自車両が同一方向の２本以上の車線のいずれかを走行中において、自車両が走行している車線がいずれの車線であるかを、画像処理回路７２０によって判別し、その判別の結果を信号処理回路５６０に与えることができる。信号処理回路５６０は、所定の到来方向推定アルゴリズム（たとえばＭＵＳＩＣ法）によって先行車両の数および方位を認識するとき、画像処理回路７２０からの情報を参照することにより、先行車両の配置について、より信頼度の高い情報を提供することが可能になる。
【０１７５】
なお、車載カメラシステム７００は、自車両が走行している車線がいずれの車線であるかを特定する手段の一例である。他の手段を利用して自車両の車線位置を特定してもよい。たとえば、超広帯域無線（ＵＷＢ：Ｕｌｔｒａ  Ｗｉｄｅ  Ｂａｎｄ）を利用して、複数車線のどの車線を自車両が走行しているかを特定することができる。超広帯域無線は、位置測定および／またはレーダとして利用可能なことは広く知られている。超広帯域無線を利用すれば、路肩のガードレール、または中央分離帯からの距離を特定することが可能である。各車線の幅は、各国の法律等で予め定められている。これらの情報を利用して、自車両が現在走行中の車線の位置を特定することができる。なお、超広帯域無線は一例である。他の無線による電磁波を利用してもよい。また、レーザレーダを用いてもよい。
【０１７６】
アレーアンテナＡＡは、一般的な車載用ミリ波アレーアンテナであり得る。本応用例における送信アンテナＴｘは、ミリ波を送信波として車両の前方に放射する。送信波の一部は、典型的には先行車両である物標によって反射される。これにより、物標を波源とする反射波が発生する。反射波の一部は、到来波としてアレーアンテナ（受信アンテナ）ＡＡに到達する。アレーアンテナＡＡを構成している複数のアンテナ素子の各々は、１個または複数個の到来波に応答して、受信信号を出力する。反射波の波源として機能する物標の個数がＫ個（Ｋは１以上の整数）である場合、到来波の個数はＫ個であるが、到来波の個数Ｋは既知ではない。
【０１７７】
図２９の例では、レーダシステム５１０はアレーアンテナＡＡも含めて一体的にリアビューミラーに配置されるとした。しかしながら、アレーアンテナＡＡの個数および位置は、特定の個数および特定の位置に限定されない。アレーアンテナＡＡは、車両の後方に位置する物標を検知できるように車両の後面に配置されてもよい。また、車両の前面または後面に複数のアレーアンテナＡＡが配置されていても良い。アレーアンテナＡＡは、車両の室内に配置されていても良い。アレーアンテナＡＡとして、各アンテナ素子が上述したホーンを有するホーンアンテナが採用される場合でも、そのようなアンテナ素子を備えるアレーアンテナは車両の室内に配置され得る。
【０１７８】
信号処理回路５６０は、受信アンテナＲｘによって受信され、送受信回路５８０によって前処理された受信信号を受け取り、処理する。この処理は、受信信号を到来波推定ユニットＡＵに入力すること、
または、受信信号から二次信号を生成して二次信号を到来波推定ユニットＡＵに入力すること、を含む。
【０１７９】
図３１の例では、信号処理回路５６０から出力される信号および画像処理回路７２０から出力される信号を受け取る選択回路５９６が物体検知装置４００内に設けられている。選択回路５４は、信号処理回路５６０から出力される信号および画像処理回路５２から出力される信号の一方または両方を走行支援電子制御装置５２０に与える。
【０１８０】
図３２は、本応用例におけるレーダシステム５１０のより詳細な構成例を示すブロック図である。
【０１８１】
図３２に示すように、アレーアンテナＡＡは、ミリ波の送信を行う送信アンテナＴｘと、物標で反射された到来波を受信する受信アンテナＲｘとを備えている。図面上では送信アンテナＴｘは１つであるが、特性の異なる２種類以上の送信アンテナが設けられていてもよい。アレーアンテナＡＡは、Ｍ個（Ｍは３以上の整数）のアンテナ素子１１1、１１2、・・・、１１Mを備えている。複数のアンテナ素子１１1、１１2、・・・、１１Mの各々は、到来波に応答して、受信信号Ｓ1、Ｓ2、・・・、ＳM（図３２）を出力する。
【０１８２】
アレーアンテナＡＡにおいて、アンテナ素子１１1〜１１Mは、たとえば、固定された間隔を置いて直線状または面状に配列されている。到来波は、アンテナ素子１１1〜１１Mが配列されている面の法線に対する角度θの方向からアレーアンテナＡＡに入射する。このため、到来波の到来方向は、この角度θによって規定される。
【０１８３】
１個の物標からの到来波がアレーアンテナＡＡに入射するとき、アンテナ素子１１1〜１１Mには、同一の角度θの方位から平面波が入射すると近似できる。異なる方位にあるＫ個の物標からアレーアンテナＡＡにＫ個の到来波が入射しているとき、相互に異なる角度θ1〜θKによって個々の到来波を識別することができる。
【０１８４】
図３２に示されるように、物体検知装置４００は、送受信回路５８０と信号処理回路５６０とを含む。
【０１８５】
送受信回路５８０は、三角波生成回路５２１、ＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ−Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ−Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：電圧制御可変発振器）５８２、分配器５８３、ミキサ５８４、フィルタ５８５、スイッチ５８６、Ａ／Ｄコンバータ５８７、制御器５８８を備える。本応用例におけるレーダシステムは、ＦＭＣＷ方式でミリ波の送受信を行うように構成されているが、本開示のレーダシステムは、この方式に限定されない。送受信回路５８０は、アレーアンテナＡＡからの受信信号と送信アンテナＴＡのための送信信号とに基づいて、ビート信号を生成するように構成されている。
【０１８６】
信号処理回路５６０は、距離検出部５３３、速度検出部５３４、方位検出部５３６を備える。信号処理回路５６０は、送受信回路５８０のＡ／Ｄコンバータ５８７からの信号を処理し、検出された物標までの距離、物標の相対速度、物標の方位を示す信号をそれぞれ出力するように構成されている。
【０１８７】
まず、送受信回路５８０の構成および動作を詳細に説明する。
【０１８８】
三角波生成回路５８１は三角波信号を生成し、ＶＣＯ５８２に与える。ＶＣＯ５８２は、三角波信号に基づいて変調された周波数を有する送信信号を出力する。図３３は、三角波生成回路５８１が生成した信号に基づいて変調された送信信号の周波数変化を示している。この波形の変調幅はΔｆ、中心周波数はｆ０である。このようにして周波数が変調された送信信号は分配器５８３に与えられる。分配器５８３は、ＶＣＯ５８２から得た送信信号を、各ミキサ５８４および送信アンテナＴｘに分配する。こうして、送信アンテナは、図３３に示されるように三角波状に変調された周波数を有するミリ波を放射する。
【０１８９】
図３３には、送信信号に加えて、単一の先行車両で反射された到来波による受信信号の例が記載されている。受信信号は、送信信号に比べて遅延している。この遅延は、自車両と先行車両との距離に比例している。また、受信信号の周波数は、ドップラー効果により、先行車両の相対速度に応じて増減する。
【０１９０】
受信信号と送信信号とを混合すると、周波数の差異に基づいてビート信号が生成される。このビート信号の周波数（ビート周波数）は、送信信号の周波数が増加する期間（上り）と、送信信号の周波数が減少する期間（下り）とで異なる。各期間におけるビート周波数が求められると、それらのビート周波数に基づいて、物標までの距離と、物標の相対速度が算出される。
【０１９１】
図３４は、「上り」の期間におけるビート周波数ｆｕ、および「下り」の期間におけるビート周波数ｆｄを示している。図３４のグラフにおいて、横軸が周波数、縦軸が信号強度である。このようなグラフは、ビート信号の時間−周波数変換を行うことによって得られる。ビート周波数ｆｕ、ｆｄが得られると、公知の式に基づいて、物標までの距離と、物標の相対速度が算出される。本応用例では、以下に説明する構成および動作により、アレーアンテナＡＡの各アンテナ素子に対応したビート周波数を求め、それに基づいて物標の位置情報を推定することが可能になる。
【０１９２】
図３２に示される例において、各アンテナ素子１１1〜１１Mに対応したチャンネルＣｈ1〜ＣｈMからの受信信号は、増幅器によって増幅され、対応するミキサ５８４に入力される。ミキサ５８４の各々は、増幅された受信信号に送信信号を混合する。この混合により、受信信号と送信信号との間にある周波数差に対応したビート信号が生成される。生成されたビート信号は、対応するフィルタ５８５に与えられる。フィルタ５８５は、チャンネルＣｈ1〜ＣｈMのビート信号の帯域制限を行い、帯域制限されたビート信号をスイッチ５８６に与える。
【０１９３】
スイッチ５８６は、制御器５８８から入力されるサンプリング信号に応答してスイッチングを実行する。制御器５８８は、たとえばマイクロコンピュータによって構成され得る。制御器５８８は、ＲＯＭなどのメモリに格納されたコンピュータプログラムに基づいて、送受信回路５８０の全体を制御する。制御器５８８は、送受信回路５８０の内部に設けられている必要は無く、信号処理回路５６０の内部に設けられていても良い。つまり、送受信回路５８０は信号処理回路５６０からの制御信号にしたがって動作してもよい。または、送受信回路５８０および信号処理回路５６０の全体を制御する中央演算ユニットなどによって、制御器５８８の機能の一部または全部が実現されていても良い。
【０１９４】
フィルタ５８５の各々を通過したチャンネルＣｈ1〜ＣｈMのビート信号は、スイッチ５８６を介して、順次、Ａ／Ｄコンバータ５８７に与えられる。Ａ／Ｄコンバータ５８７は、サンプリング信号に同期してスイッチ５８６から入力されるチャンネルＣｈ1〜ＣｈMのビート信号を、サンプリング信号に同期してデジタル信号に変換する。
【０１９５】
以下、信号処理回路５６０の構成および動作を詳細に説明する。本応用例では、ＦＭＣＷ方式によって、物標までの距離および物標の相対速度を推定する。レーダシステムは、以下に説明するＦＭＣＷ方式に限定されず、２周波ＣＷまたはスペクトル拡散などの他の方式を用いても実施可能である。
【０１９６】
図３２に示される例において、信号処理回路５６０は、メモリ５３１、受信強度算出部５３２、距離検出部５３３、速度検出部５３４、ＤＢＦ（デジタルビームフォーミング）処理部５３５、方位検出部５３６、物標引継ぎ処理部５３７、相関行列生成部５３８、物標出力処理部５３９および到来波推定ユニットＡＵを備えている。前述したように、信号処理回路５６０の一部または全部がＦＰＧＡによって実現されていてもよく、汎用プロセッサおよびメインメモリ装置の集合によって実現されていてもよい。メモリ５３１、受信強度算出部５３２、ＤＢＦ処理部５３５、距離検出部５３３、速度検出部５３４、方位検出部５３６、物標引継ぎ処理部５３７、および到来波推定ユニットＡＵは、それぞれ、別個のハードウェアによって実現される個々の部品であってもよいし、１つの信号処理回路における機能上のブロックであってもよい。
【０１９７】
図３５は、信号処理回路５６０がプロセッサＰＲおよびメモリ装置ＭＤを備えるハードウェアによって実現されている形態の例を示している。このような構成を有する信号処理回路５６０も、メモリ装置ＭＤに格納されたコンピュータプログラムの働きにより、図３２に示す受信強度算出部５３２、ＤＢＦ処理部５３５、距離検出部５３３、速度検出部５３４、方位検出部５３６、物標引継ぎ処理部５３７、相関行列生成部５３８、到来波推定ユニットＡＵの機能が果たされ得る。
【０１９８】
本応用例における信号処理回路５６０は、デジタル信号に変換された各ビート信号を受信信号の二次信号として、先行車両の位置情報を推定し、推定結果を示す信号を出力するよう構成されている。以下、本応用例における信号処理回路５６０の構成および動作を詳細に説明する。
【０１９９】
信号処理回路５６０内のメモリ５３１は、Ａ／Ｄコンバータ５２７から出力されるデジタル信号をチャンネルＣｈ1〜ＣｈMごとに格納する。メモリ５３１は、たとえば、半導体メモリ、ハードディスクおよび／または光ディスクなどの一般的な記憶媒体によって構成され得る。
【０２００】
受信強度算出部５３２は、メモリ５３１に格納されたチャンネルＣｈ1〜ＣｈMごとのビート信号（図３３の下図）に対してフーリエ変換を行う。本明細書では、フーリエ変換後の複素数データの振幅を「信号強度」と称する。受信強度算出部５３２は、複数のアンテナ素子のいずれかの受信信号の複素数データ、または、複数のアンテナ素子のすべての受信信号の複素数データの加算値を周波数スペクトルに変換する。こうして得られたスペクトルの各ピーク値に対応するビート周波数、すなわち距離に依存した物標（先行車両）の存在を検出することができる。全アンテナ素子の受信信号の複素数データを加算すると、ノイズ成分が平均化されるため、Ｓ／Ｎ比が向上する。
【０２０１】
物標、すなわち先行車両が１個の場合、フーリエ変換の結果、図３４に示されるように、周波数が増加する期間（「上り」の期間）および減少する期間（「下り」の期間）に、それぞれ、１個のピーク値を有するスペクトルが得られる。「上り」の期間におけるピーク値のビート周波数を「ｆｕ」、「下り」の期間におけるピーク値のビート周波数を「ｆｄ」をする。
【０２０２】
受信強度算出部５３２は、ビート周波数毎の信号強度から、予め設定された数値（閾値）を超える信号強度を検出することによって、物標が存在していることを判定する。受信強度算出部５３２は、信号強度のピークを検出した場合、ピーク値のビート周波数（ｆｕ、ｆｄ）を対象物周波数として距離検出部５３３、速度検出部５３４へ出力する。受信強度算出部５３２は、周波数変調幅Δｆを示す情報を距離検出部５３３へ出力し、中心周波数ｆ０を示す情報を速度検出部５３４へ出力する。
【０２０３】
受信強度算出部５３２は、複数の物標に対応する信号強度のピークが検出された場合には、上りのピーク値と下りのピーク値とを予め定められた条件によって対応づける。同一の物標からの信号と判断されたピークに同一の番号を付与し、距離検出部５３３および速度検出部５３４に与える。
【０２０４】
複数の物標が存在する場合、フーリエ変換後、ビート信号の上り部分とビート信号の下り部分のそれぞれに物標の数と同じ数のピークが表れる。レーダと物標の距離に比例して、受信信号が遅延し、図３３における受信信号は右方向にシフトするので、レーダと物標との距離が離れるほど、ビート信号の周波数は、小さくなる。
【０２０５】
距離検出部５３３は、受信強度算出部５３２から入力されるビート周波数ｆｕ、ｆｄに基づいて、下記の式により距離Ｒを算出し、物標引継ぎ処理部５３７へ与える。
Ｒ＝｛Ｃ・Ｔ／（２・Δｆ）｝・｛（ｆｕ＋ｆｄ）／２｝
【０２０６】
また、速度検出部５３４は、受信強度算出部５３２から入力されるビート周波数ｆｕ、ｆｄに基づいて、下記の式によって相対速度Ｖを算出し、物標引継ぎ処理部５３７へ与える。
Ｖ＝｛Ｃ／（２・ｆ０）｝・｛（ｆｕ−ｆｄ）／２｝
【０２０７】
距離Ｒおよび相対速度Ｖを算出する式において、Ｃは光速度、Ｔは変調周期である。
【０２０８】
なお、距離Ｒの分解能下限値は、Ｃ／（２Δｆ）で表される。したがって、Δｆが大きくなるほど、距離Ｒの分解能が高まる。周波数ｆ０が約７６ＧＨｚ帯の場合において、Δｆを６００メガヘルツ（ＭＨｚ）程度に設定するとき、距離Ｒの分解能はたとえば０．７メートル（ｍ）程度である。このため、２台の先行車両が併走しているとき、ＦＭＣＷ方式では車両が１台なのか２台なのかを識別することは困難である場合がある。このような場合、角度分解能が極めて高い到来方向推定アルゴリズムを実行すれば、２台の先行車両の方位を分離して検出することが可能である。
【０２０９】
ＤＢＦ処理部５３５は、アンテナ素子１１1、１１2、・・・、１１Mにおける信号の位相差を利用して、入力される各アンテナに対応した時間軸でフーリエ変換された複素データを、アンテナ素子の配列方向にフーリエ変換する。そして、ＤＢＦ処理部５３５は、角度分解能に対応した角度チャネル毎のスペクトルの強度を示す空間複素数データを算出し、ビート周波数毎に方位検出部５３６に出力する。
【０２１０】
方位検出部５３６は、先行車両の方位を推定するために設けられている。方位検出部５３６は、算出されたビート周波数毎の空間複素数データの値の大きさのうち、一番大きな値を取る角度θを対象物が存在する方位として物標引継ぎ処理部５３７に出力する。
【０２１１】
なお、到来波の到来方向を示す角度θを推定する方法は、この例に限定されない。前述した種々の到来方向推定アルゴリズムを用いて行うことができる。特に本応用例によれば、先行車両の配置が検知できるため、到来波の個数が既知である。その結果、到来方向推定アルゴリズムによる演算の量を低減して高分解能の方位推定が可能になる。
【０２１２】
物標引継ぎ処理部５３７は、今回算出した対象物の距離、相対速度、方位の値と、メモリ５３１から読み出した１サイクル前に算出された対象物の距離、相対速度、方位の値とのそれぞれの差分の絶対値を算出する。そして、差分の絶対値が、それぞれの値毎に決められた値よりも小さいとき、物標引継ぎ処理部５３７は、１サイクル前に検知した物標と今回検知した物標とを同じものと判定する。その場合、物標引継ぎ処理部５３７は、メモリ５３１から読み出したその物標の引継ぎ処理回数を１つだけ増やす。
【０２１３】
物標引継ぎ処理部５３７は、差分の絶対値が決められた値よりも大きな場合には、新しい対象物を検知したと判断する。物標引継ぎ処理部５３７は、今回の対象物の距離、相対速度、方位およびその対象物の物標引継ぎ処理回数をメモリ５３１に保存する。
【０２１４】
信号処理回路５６０で、受信した反射波を基にして生成された信号であるビート信号を周波数解析して得られるスペクトラムを用い、対象物との距離、相対速度を検出することができる。
【０２１５】
相関行列生成部５３８は、メモリ５３１に格納されたチャンネルＣｈ1〜ＣｈMごとのビート信号（図３３の下図）を用いて自己相関行列を求める。数４の自己相関行列において、各行列の成分は、ビート信号の実部および虚部によって表現される値である。相関行列生成部５３８は、さらに自己相関行列Ｒｘｘの各固有値を求め、得られた固有値の情報を到来波推定ユニットＡＵへ入力する。
【０２１６】
受信強度算出部５３２は、複数の対象物に対応する信号強度のピークが複数検出された場合、上りの部分および下りの部分のピーク値ごとに、周波数が小さいものから順番に番号をつけて、物標出力処理部５３９へ出力する。ここで、上りおよび下りの部分において、同じ番号のピークは、同じ対象物に対応しており、それぞれの識別番号を対象物の番号とする。なお、煩雑化を回避するため、図３２では、受信強度算出部５３２から物標出力処理部５３９への引出線の記載は省略している。
【０２１７】
物標出力処理部５３９は、対象物が前方構造物である場合に、その対象物の識別番号を物標として出力する。物標出力処理部５３９は、複数の対象物の判定結果を受け取り、そのどちらもが前方構造物である場合、自車両の車線上にある対象物の識別番号を物標が存在する物体位置情報として出力する。また、物標出力処理部５３９は、複数の対象物の判定結果を受け取り、そのどちらもが前方構造物である場合であって、２つ以上の対象物が自車両の車線上にある場合、メモリ５３１から読み出した物標引継ぎ処理回数が多い対象物の識別番号を物標が存在する物体位置情報として出力する。
【０２１８】
再び図３１を参照し、車載レーダシステム５１０が図３１に示す例に組み込まれた場合の例を説明する。画像処理回路７２０（図３１）は、映像から物体の情報を取得し、その物体の情報から物標位置情報を検出する。画像処理回路７２０は、たとえば、取得した映像内のオブジェクトの奥行き値を検出して物体の距離情報を推定したり、映像の特徴量から物体の大きさの情報等を検出したりすることにより、予め設定された物体の位置情報を検出するように構成されている。
【０２１９】
選択回路５９６は、信号処理回路５６０および画像処理回路７２０から受け取った位置情報を選択的に走行支援電子制御装置５２０に与える。選択回路５９６は、たとえば、信号処理回路５６０の物体位置情報に含まれている、自車両から検出した物体までの距離である第１距離と、画像処理回路７２０の物体位置情報に含まれている、自車両から検出した物体までの距離である第２距離とを比較してどちらが自車両に対して近距離であるかを判定する。たとえば、判定された結果に基づいて、自車両に近いほうの物体位置情報を選択回路５９６が選択して走行支援電子制御装置５２０に出力し得る。なお、判定の結果、第１距離および第２距離が同じ値であった場合には、選択回路５９６は、そのいずれか一方または両方を走行支援電子制御装置５２０に出力し得る。
【０２２０】
なお、物標出力処理部５３９（図３２）は、受信強度算出部３２から物標候補がないという情報が入力された場合には、物標なしとしてゼロを物体位置情報として出力する。そして、選択回路５９６は、物標出力処理部５３９からの物体位置情報に基づいて予め設定された閾値と比較することで信号処理回路５６０あるいは画像処理回路７２０の物体位置情報を使用するか選択している。
【０２２１】
物体検知装置４００によって先行物体の位置情報を受け取った走行支援電子制御装置５２０は、予め設定された条件により、物体位置情報の距離や大きさ、自車両の速度、降雨、降雪、晴天などの路面状態等の条件と併せて、自車両を運転しているドライバに対して操作が安全あるいは容易となるような制御を行う。たとえば、走行支援電子制御装置５２０は、物体位置情報に物体が検出されていない場合、予め設定されている速度までスピードを上げるようにアクセル制御回路５２６に制御信号を送り、アクセル制御回路５２６を制御してアクセルペダルを踏み込むことと同等の動作を行う。
【０２２２】
走行支援電子制御装置５２０は、物体位置情報に物体が検出されている場合において、自車両から所定の距離であることが分かれば、ブレーキバイワイヤ等の構成により、ブレーキ制御回路５２４を介してブレーキの制御を行う。すなわち、速度を落とし、車間距離を一定に保つように操作する。走行支援電子制御装置５２０は、物体位置情報を受けて、警告制御回路５２２に制御信号を送り、車内スピーカを介して先行物体が近づいていることをドライバに知らせるように音声またはランプの点灯を制御する。走行支援電子制御装置５２０は、先行車両の配置を含む物体位置情報を受けとり、予め設定された走行速度の範囲であれば、先行物体との衝突回避支援を行うために自動的にステアリングを左右どちらかに操作し易くするか、あるいは、強制的に車輪の方向を変更するようにステアリング側の油圧を制御する等を行うことができる。
【０２２３】
上述の物体検知装置４００は、一般的なコンピュータを、上述の各構成要素として機能させるプログラムにより動作させることで実現することができる。このプログラムは、通信回線を介して配布することも可能であるし、半導体メモリまたはＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に書き込んで配布することも可能である。
【０２２４】
物体検知装置４００では、選択回路５９６が前回検出サイクルにおいて一定時間連続して検出していた物体位置情報のデータで、今回検出サイクルで検出できなかったデータに対して、カメラで検出したカメラ映像からの先行物体を示す物体位置情報が紐付けされれば、トラッキングを継続させる判断を行い、信号処理回路５６０からの物体位置情報を優先的に出力するようにしても構わない。
【０２２５】
信号処理回路５６０および画像処理回路７２０の出力を選択回路５９６に選択するための具体的構成の例および動作の例は、特開２０１４−１１９３４８号公報に開示されている。この公報の内容の全体をここに援用する。
【０２２６】
上述の車載レーダシステムは一例である。上述したアレーアンテナは、アンテナを利用するあらゆる技術分野において利用可能である。
【産業上の利用可能性】
【０２２７】
本開示の導波路装置およびアンテナ装置は、ギガヘルツ帯域またはテラヘルツ帯域の電磁波の送受信を行う各種の用途に利用され得る。特に小型化が求められる車載レーダおよび無線通信システムに好適に用いられ得る。
【符号の説明】
【０２２８】
１    実装基板
２    ミリ波ＭＭＩＣ（ミリ波ＩＣ）
４    回路基板
４ａ    実装表面
６    接続器
２０  端子
２０ａ  第１のアンテナ入出力端子
２０ｂ  第２のアンテナ入出力端子
２０ｃ  他の端子
４０  配線パターン
４５  ベース
６０  金属層
６０ａ  第１の導電体部分
６０ｂ  第２の導電体部分
６４ａ  第１の導電体部分の端面
６４ｂ  第２の導電体部分の端面
６６    帯状間隙
１００    導波路装置
１１０    第１の導電部材
１１０ａ    第１の導電部材の導電性表面
１１２、１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄ    スロット
１１４    ホーン
１２０      第２の導電部材
１２０ａ    第２の導電部材の導電性表面
１２２、１２２Ｌ、１２２Ｕ    導波部材
１２２ａ    導波面
１２４、１２４Ｌ、１２４Ｕ    導電性ロッド
１２４ａ    導電性ロッド１２４の先端部
１２４ｂ    導電性ロッド１２４の基部
１２５    人工磁気導体の表面
１３０    中空導波管
１３２    中空導波管の内部空間
３００    スロットアレーアンテナ
４００    物体検知装置
５００    自車両
５０２    先行車両
５１０    車載レーダシステム
５２０    走行支援電子制御装置
５３０    レーダ信号処理装置
５４０    通信デバイス
５５０    コンピュータ
５５２    データベース
５６０    信号処理回路
５７０    物体検知装置
５８０    送受信回路
５９６    選択回路
６００    車両走行制御装置
７００    車載カメラシステム
７１０    カメラ
７２０    画像処理回路
１０００  マイクロ波モジュール
【図１】
2019054315.tif 000006
【図２Ａ】
2019054315.tif 000007
【図２Ｂ】
2019054315.tif 000008
【図３】
2019054315.tif 000009
【図４】
2019054315.tif 000010
【図５Ａ】
2019054315.tif 000011
【図５Ｂ】
2019054315.tif 000012
【図５Ｃ】
2019054315.tif 000013
【図５Ｄ】
2019054315.tif 000014
【図６Ａ】
2019054315.tif 000015
【図６Ｂ】
2019054315.tif 000016
【図７Ａ】
2019054315.tif 000017
【図７Ｂ】
2019054315.tif 000018
【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２５Ｃ】
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【図２５Ｄ】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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