(57)【要約】  送信アセンブリ（１０）、受信アセンブリ（２０）、制御部（３０）及び信号処理部（４０）を含むレーダーシステム（１００）について述べる。送信アセンブリ（１０）は、入力信号（３１）を受信し、入射レーダー信号（２）を送信する。送信アセンブリ（１０）は、レンズキャビティ（７４）、複数のビームポート（６０）、複数のアレイポート（６２）及びパッチアンテナアセンブリ（１４）を有するRotmanレンズ（１２）を含む。レンズキャビティ（７４）は、１０ミクロン〜１２０ミクロン、好ましくは４０ミクロン〜６０ミクロンのレンズギャップ（ｈ）を有する。パッチアンテナアセンブリ（１４）は、Rotmanレンズ（１２）から複数の時間遅延同相信号を受信し、入射レーダー信号（２）をターゲット（４）に向けて送信するように動作可能な複数のアンテナアレイ（１３０）を含む。受信アセンブリ（２０）は、反射レーダー信号（６）を受け取り、出力信号を生成する。信号処理部（４０）は、入力信号（３１）を出力信号と比較し、ターゲット（４）のレンジ、速度及び位置を決定するアルゴリズムを実施する。
2013521508.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を受信し、入射レーダー信号を送信する送信アセンブリを備えたレーダーシステムであって、
前記送信アセンブリは、Rotmanレンズと、パッチアンテナアセンブリと、を有し、
前記Rotmanレンズは、
下部、上部及び側壁によって画定され、前記下部が１０ミクロン〜１２０ミクロン、好ましくは４０ミクロン〜６０ミクロンのレンズギャップを構成するように前記上部から離されたレンズキャビティと、
前記レンズキャビティと通信し、第１端の方に離間された複数のビームポートであって、選択された波長（λ）の周波数を有する電磁波を前記レンズキャビティ内に伝播できるようにそれぞれ構成された前記複数のビームポートと、
前記レンズキャビティと通信し、前記第１端とは反対側の前記レンズキャビティの第２端の方に離間された複数のアレイポートであって、前記複数のアレイポートの前記離間が、前記複数のビームポートのそれぞれから前記複数のアレイポートの全てへの前記電磁波の移相に作用するように構成され、前記複数のビームポートのうちの１つから前記レンズキャビティに入る前記電磁波に基づいて複数の時間遅延同相信号を出力する前記複数のアレイポートと、を含み、
前記パッチアンテナアセンブリは、
複数のアンテナアレイであって、各アンテナアレイが前記複数のアレイポートのうちの１つと通信し、前記複数のアンテナアレイが、前記Rotmanレンズから前記複数の時間遅延同相信号を受け取り、前記入射レーダー信号をターゲットに向けた選択方向に送信するように動作できる前記複数のアンテナアレイと、
前記ターゲットから反射レーダー信号を受信し、出力信号を生成する受信アセンブリと、
前記レーダーシステムを操作する制御部と、
前記送信アセンブリに送信された前記入力信号と前記受信アセンブリから生成された前記出力信号を比較する信号処理部と、を含むレーダーシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のレーダーシステムであって、
前記レーダーシステムが、１１ｍｍ未満のパッケージ幅、１４．５ｍｍ未満のパッケージ長、及び１ｍｍ未満のパッケージ高さを有する装置パッケージ内に封入されたレーダーシステム。
【請求項３】
請求項１に記載のレーダーシステムであって、
前記レンズギャップが空気で満たされたレーダーシステム。
【請求項４】
請求項１に記載のレーダーシステムであって、
前記レンズギャップが、絶縁材料で満たされたレーダーシステム。
【請求項５】
請求項１に記載のレーダーシステムであって、
前記レンズキャビティの前記レンズギャップが、前記電磁波の選択波長の半分（λ／２）未満になるように構成されたレーダーシステム。
【請求項６】
請求項５に記載のレーダーシステムであって、
前記電磁波の前記周波数が１５ＧＨｚ〜１００ＧＨｚ、好ましくは７０ＧＨｚ〜８０ＧＨｚであるレーダーシステム。
【請求項７】
請求項１に記載のレーダーシステムであって、
前記レーダーシステムが、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）技術を使用して実現され、単一装置パッケージ内に一体化されたレーダーシステム。
【請求項８】
請求項１に記載のレーダーシステムであって、
前記レンズキャビティが、反射面を有する導電材料で被覆されたレーダーシステム。
【請求項９】
請求項８に記載のレーダーシステムであって、
前記導電材料が、金、白金、銀、銅及びクロムからなるグループから選択されたレーダーシステム。
【請求項１０】
請求項８に記載のレーダーシステムであって、
前記導電材料が、真空金属化又はスパッタリング技術を使用して前記レンズキャビティ上に付着されたレーダーシステム。
【請求項１１】
請求項８に記載のレーダーシステムであって、
前記導電材料が、電気めっきを使用して前記レンズキャビティ上に付着されたレーダーシステム。
【請求項１２】
請求項１に記載のレーダーシステムであって、
前記レンズキャビティが、前記レンズキャビティの前記２つの端の間に中心軸を有し、
前記複数のビームポートと前記複数のアレイポートが、前記中心軸に関して対称であるレーダーシステム。
【請求項１３】
請求項１２に記載のレーダーシステムであって、
前記Rotmanレンズが、３つのビームポート及び５つのアレイポートを有するレーダーシステム。
【請求項１４】
請求項１に記載のレーダーシステムであって、
前記信号処理部が、前記入力信号を前記出力信号と比較して、前記入力信号と前記出力信号の２つの間の歪みを決定するレーダーシステム。
【請求項１５】
請求項１に記載のレーダーシステムであって、
前記送信アセンブリが、複数のマイクロ波相互接続素子を更に有し、
前記入力信号が、電気信号であり、前記複数のマイクロ波相互接続素子のうちの１つによって電磁波に変換されるレーダーシステム。
【請求項１６】
請求項１５に記載のレーダーシステムであって、
前記複数の時間遅延同相信号が電磁信号であり、前記パッチアンテナアセンブリが電気信号を受信するように動作でき、
前記複数の時間遅延同相信号の各々が、前記複数のマイクロ波相互接続素子のうちの１つによって電気信号に変換されるレーダーシステム。
【請求項１７】
請求項１に記載のレーダーシステムであって、
前記入力信号を生成する信号発生器を更に含み、前記入力信号が線形周波数変調連続波（ＬＦＭＣＷ）信号を含み、前記信号発生器が前記入力信号を前記送信アセンブリに伝達するレーダーシステム。
【請求項１８】
請求項１７に記載のレーダーシステムであって、
前記ＬＦＭＣＷ信号が、複数の異なる対のアップチャープとダウンチャープとを有する帯域幅チャーピングの繰り返しパターンを含み、
前記レーダーシステムが、多数のレーダーレンジモードで動作し、
各特定の対のアップチャープ及びダウンチャープは、特定のレーダーレンジモードに関連付けられ、
各特定の対のアップチャープ及びダウンチャープは、前記レーダーシステムが前記特定のレーダーレンジモードで動作しているときに、前記送信アセンブリによって送信されるレーダーシステム。
【請求項１９】
請求項１に記載のレーダーシステムであって、
前記受信アセンブリは、
第２のRotmanレンズと、
第２の複数のアンテナアレイを有する第２のパッチアンテナアセンブリと、を備え、
前記パッチアンテナアセンブリが、前記反射レーダー信号を第２の複数の時間遅延同相信号として受信し、前記第２の複数の時間遅延同相信号を前記第２のRotmanレンズに伝達するように動作でき、
前記第２のRotmanレンズが、前記第２の複数の時間遅延同相信号を受信し、前記出力信号を前記信号処理部に伝達するように動作でき、前記出力信号が、前記第２のRotmanレンズによって受信された前記第２の複数の時間遅延同相信号に基づく第２の電磁波であるレーダーシステム。
【請求項２０】
請求項１に記載のレーダーシステムであって、
前記複数のアンテナアレイの各々が、直列接続された複数のマイクロストリップパッチを含み、各マイクロストリップパッチが、基板によって接地平面から分離された細長い導体を有し、
前記入射レーダー信号の前記選択方向は、前記複数のアンテナアレイのそれぞれの中のマイクロストリップパッチの数と、前記電磁波を受信する前記ビームポートとの組み合わせに対応するレーダーシステム。
【請求項２１】
請求項２０に記載のレーダーシステムであって、
前記制御部は切替装置を有し、
前記切替装置は、前記入力信号を受信するビームポートを選択し、
前記入力信号が前記マイクロ波相互接続素子によって電磁波に変換されるレーダーシステム。
【請求項２２】
請求項２１に記載のレーダーシステムであって、
前記制御部は、前記入力信号を前記複数のビームポートを順繰りにするように動作でき、前記複数のアンテナアレイの各々に直列接続された前記複数のマイクロストリップパッチが一定数であるレーダーシステム。
【請求項２３】
請求項２１に記載のレーダーシステムであって、
前記複数のアンテナアレイの各々は、少なくとも２つのマイクロストリップ部分に細分され、各マイクロストリップ部分は、直列接続された前記複数のマイクロストリップパッチに少なくとも１つのマイクロストリップパッチを含み、
前記送信アセンブリが、
複数のＲＦスイッチを含むＲＦスイッチアレイであって、各ＲＦスイッチが２つのマイクロストリップ部分の間に結合された前記ＲＦスイッチアレイを更に有し、
イネーブルされたときには、各ＲＦスイッチが前記２つのマイクロストリップ部分を接続するように動作でき、ディスエーブルされたときには、各ＲＦスイッチが２つのマイクロストリップ部分を切断して前記複数のアンテナアレイの各々で動作可能なマイクロストリップパッチの数を減らすように動作できるレーダーシステム。
【請求項２４】
請求項２３に記載のレーダーシステムであって、
前記レーダーシステムが、少なくとも２つの距離レンジで対象物を検出するように動作でき、
前記第１のＲＦスイッチアレイ内の前記ＲＦスイッチがそれぞれディスエーブルされたとき、前記レーダーシステムは、第１の距離レンジで前記ターゲットを検出するように動作でき、
前記第１のＲＦスイッチアレイ内の前記ＲＦスイッチがぞれぞれイネーブルされたとき、前記レーダーシステムは、前記第１の距離レンジより遠い第２の距離レンジで前記ターゲットを検出するように動作できるレーダーシステム。
【請求項２５】
請求項２４に記載のレーダーシステムであって、
前記制御部は、前記入力信号を前記複数のビームポートと前記少なくとも２つの距離レンジとの異なる組み合わせで順繰りにするように動作できるレーダーシステム。
【請求項２６】
請求項１に記載のレーダーシステムを複数備えたナビゲーションシステムであって、
前記複数のレーダーシステムの各々は、異なる視野のカバレッジを提供するように動作でき、
前記異なる視野が重複するナビゲーションシステム。
【請求項２７】
請求項２６に記載のナビゲーションシステムであって、
各レーダーシステムは、異なる入力信号を利用するように動作でき、前記各入力信号は、異なる動作周波数で動作するナビゲーションシステム。
【請求項２８】
Rotmanレンズを製造する製造方法であって、
ディープ・リアクティブ・イオン・エッチ（ＤＲＩＥ）処理を用いて第１の基板をエッチングして、レンズキャビティを形成するステップと、
前記レンズキャビティの上部を形成する第２の基板を提供するステップと、
前記第１の基板の前記レンズキャビティ上に前記第２の基板を熱圧着するステップと、
を含む製造方法。
【請求項２９】
請求項２８に記載の製造方法であって、
前記第１の基板が１００ミクロン未満の深さまでエッチングされる製造方法。
【請求項３０】
請求項２８に記載の製造方法であって、
前記第１の基板上の前記レンズキャビティと前記第２の基板上の前記レンズキャビティの前記上部とに非反応性材料層を付着するステップを更に含む製造方法。
【請求項３１】
請求項３０に記載の製造方法であって、
前記非反応性材料を付着する処理が、電気めっき、真空金属化及びスパッタリングから成るグループから選択された処理を含む製造方法。
【請求項３２】
Rotmanレンズを製造する製造方法であって、
射出成形法を用いて前記Rotmanレンズの前記レンズキャビティを形成するステップと、
前記射出成形法を用いて前記Rotmanレンズの前記上部を形成するステップと、
前記レンズキャビティの上に前記上部を熱圧着して前記Rotmanレンズを形成するステップと、
を含む製造方法。
【請求項３３】
請求項３２に記載の製造方法であって、
前記熱圧着のステップの前に、前記レンズキャビティと前記Rotmanレンズの前記上部に非反応性材料層を付着するステップを更に含む製造方法。
【請求項３４】
請求項３３に記載の製造方法であって、
前記非反応性材料を付着する工程が、電気めっき、真空金属化及びスパッタリングから成るグループから得られる製造方法。
【請求項３５】
請求項３４に記載の製造方法であって、
前記金属が金を含む製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願］
本願は、２０１０年３月５日に出願された米国仮特許出願Ｎｏ．６１／２８２５９５に対して米国特許法第１１９条（ｅ）項の利益を請求する。
【０００２】
本発明は、ターゲットの位置、速度及びレンジを測定するための微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）レーダーシステム及びその製造方法に関する。より詳細には、好ましい実施形態で説明されるように、本発明は、受動ビーム形成、レーダー信号の送受信における電気信号から電磁気信号への処理の回路集積化、及び多様機能を含むレーダーシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
電磁波を使用して対象物とターゲットとを検出するレーダーシステムは、当該技術分野で周知である。従来より、電波又はパルスが、レーダー用パラボラアンテナ又はアンテナによって送信されてその経路内の対象物ではね返される。次に、反射波が、受信機に返され、最初に送信された電波と比較される。既知の方法を使用するとき、ターゲットから受信機に反射された信号が、送信機と受信機に対するターゲットの位置及び／又は速度の両方を示すために使用される。
【０００４】
一般のレーダーシステムは、送信信号（即ち、レーダー信号）を所望のターゲット方向に導くために様々な方法を使用する。先行技術の幾つかのレーダーシステムは、機械式に回転するアンテナを使用するか、レーダー信号を導くための機械的手段を備えるように構成されていた。他の先行技術のレーダーシステムは、一組のアンテナからなる電子制御式位相アレイを使用するように設計されており、その場合、アンテナから送信される信号は、アレイの有効放射パターンが所望の伝播方向で強化されるように同相で追加される。位相アレイを使用するレーダーシステムは、レーダー信号の角度方向を一定位置から迅速かつ正確に制御することができる。また、位相アレイシステム、単一アンテナの低い送信出力要件から恩恵を受け、特定の出力定格のアンテナからのレーダー信号を強化することができる。
【０００５】
位相アレイレーダーシステム内の様々なアンテナからの信号を追加するために、当該技術分野で様々なタイプの移相器が知られている。レーダーシステムに微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）式ＲＦスイッチを使用する研究が行われており、ＭＥＭＳ式移相器は、低挿入損失、高アイソレーション及び高速応答時間を小型パッケージで実現する。しかしながら、ＭＥＭＳ式ＲＦスイッチを使用して位相アレイを構成するのに必要な回路は複雑なことがあり、そのようなアレイの電力要件は高いことがある。
【０００６】
Rotmanレンズは、レーダー信号をビーム形成し導くための受動装置である。Rotmanレンズの設計は、最初に、Walter Rotmanによって米国特許第３，１７０，１５８号（Rotman特許）と更に米国特許第４，３８１，５０９号で述べられており、これらの文献は参照により全体が本明細書に組み込まれる。Rotmanレンズは、レンズキャビティの幾何学形状を利用して、高周波（ＲＦ）スイッチ式移相器の必要なしに、複数の入力ビームの位相を調整して実時間のビーム形成とビームステアリングを提供する。更に、Rotmanレンズが、いかなる形態のマイクロエレクトロニクス信号処理もなしに、レンズキャビティの物理的特性を利用し得てレーダー信号を形成するので、ビーム形成に必要な制御回路の複雑さが著しく減少する。
【０００７】
自動車の例示的な先行技術の使用例では、Mercedes、BMW、Lexus、Jaguar、Volvo、Fordなどの高級メーカーは、Bosch、Continental、Infineon、SmartMicro、M/A-Com、Hitachi、Fujitsuなどのメーカーによって開発されたレーダーシステムを使用している。現在のレーダーシステムは、２つの異なるレーダー技術に依存する。パルスレーダーは、Mercedesなどの自動車メーカーによって使用され、周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）レーダーシステムは、JaguarやBMWなどの自動車メーカーによって使用されている。これらの先行技術のシステムは、所望の視野を走査するために、外部モータを利用する機械式回転を必要とする。更に、幾つかの先行技術のシステムは、別個のアンテナアレイなどの離散系を採用している。多くの場合、これらの先行技術のシステムは、腐食を受けるが、高速時の運転の不十分な分解能と距離測定にも悩まされ、また多くの先行技術システムは、難しい運転状態で信頼性が悪化する。したがって、優れた性能を提供するために統合ソリューションを実現する改善されたレーダーシステムが必要とされている。
【０００８】
最後に、機械的走査性能を必要とする先行技術のシステムは、摩耗、裂け及び熱ドリフトの影響を受ける。機械的走査を利用するパルス又はＦＭＣＷレーダーシステムは、高価過ぎてほとんどの標準車両又は大衆車両に含められない。
【０００９】
したがって、発明者は、低コストの衝突防止及び衝突前警報システムが、より広い様々なメーカーと車両に入手可能ならばハイウェイ運転を著しく改善することが分かった。付加的な実施形態は、ロボット、船舶、飛行機、玩具及びセキュリティシステムを限定なしに含む更に他の車両タイプや他の用途で有効なことがある。
【発明の概要】
【００１０】
したがって、本発明の目的は、ＭＥＭＳの技術を使用して小さい装置パッケージ内で正確で高信頼性のレーダー信号を高速で提供する改善されたタイプのレーダーシステムを提供することによって、先行技術の欠点の幾つかを少なくとも部分的に克服することである。
【００１１】
一様相では、本発明は、Rotmanレンズをレーダーシステムに組み込む。Rotmanレンズは、レンズキャビティの物理的形状を活用し、移相器のマイクロエレクトロニクス式切り替えの処理要件を低くすることによって、ビーム形成に必要な複数の時間遅延同相信号を生成することができる。
【００１２】
最も好ましくは、ＲＦ周波数の電気的スイッチ（ＲＦスイッチ）を使用してRotmanレンズのビームポートを選択することができる。ＲＦスイッチとRotmanレンズの組み合わせにより、信号処理の量が減少し、その結果、システムの複雑さが下がり、待ち持間が短くなり、サイクルタイムが速くなる。最も好ましい動作モードでは、好ましい実施形態のサイクルタイムは、５０ミリ秒未満、より好ましくは約１２ミリ秒に短縮されてもよい。更に、レーダーシステムにＭＥＭＳ技術を使用して構成されたRotmanレンズを組み込むことにより、装置パッケージが更に小さくなる。
【００１３】
本発明のレーダーシステムは、横電場（ＴＥ）モードの空気充填Rotmanレンズを利用することが好ましい。より好ましくは、Rotmanレンズは、ＴＥ１０モードで動作するように選択され、ＭＥＭＳ技術を使用して構成される。この新しい実装は、先行技術のシステムのＴＥＭモードマイクロストリップや導波路式Rotmanレンズと対照的である。シリコン系基板などの基板からRotmanレンズを構成するＭＥＭＳ技術を利用することにより、５０マイクロメートルまで小さいレンズ厚さを有するRotmanレンズの構成が可能になる。シリコン系Rotmanレンズのための容易な製作技術が開発された。レーダーシステム全体は、１／ｆノイズが低く、フットプリント面積が小さく、他のユーザ及びパルスレーダー信号からの干渉が少なく、反射強度が高く、レーダー断面積（ＲＣＳ）が大きい。更に、ＭＥＭＳの技術を使用してRotmanレンズを構成することにより、レーダーシステム全体を小さい装置パッケージに組み込むことができる。
【００１４】
ほとんどの好ましい構造では、本発明は、レーダーシステムに属する。レーダーシステムは、送信アセンブリ、受信アセンブリ、制御部、及び信号処理部を含む。送信アセンブリは、入力信号を受信し、入射レーダー信号を送信する。送信アセンブリは、レンズキャビティ、複数のビームポート、複数のアレイポート、及びパッチアンテナアセンブリを有するRotmanレンズを含む。レンズキャビティは、下部、上部及び側壁によって画定され、下部は、１０ミクロン〜１２０ミクロン、好ましくは４０ミクロン〜６０ミクロンのレンズギャップを形成するように上部から分離される。複数のビームポートは、レンズキャビティと通信し、第１端の方に離間され、各ビームポートは、選択波長（λ）の周波数を有する電磁波のレンズキャビティ内への伝播を可能にするように構成される。複数のアレイポートは、レンズキャビティと通信し、第１端とは反対のレンズキャビティの第２端の方に離間され、複数のアレイポートの間隔は、各ビームポートから全てのアレイポートまでの電磁波の移相に影響を及ぼすように構成される。更に、複数のアレイポートは、複数のビームポートのうちの１つからレンズキャビティに入る電磁波に基づいて複数の時間遅延同相信号を出力する。パッチアンテナアセンブリは、複数のアンテナアレイを含み、各アンテナアレイは、複数のアレイポートのうちの１つと通信し、複数のアンテナアレイは、Rotmanレンズから複数の時間遅延同相信号を受信し、入射レーダー信号をターゲットに向いた選択方向に送信することができる。受信アセンブリは、ターゲットから反射レーダー信号を受信し出力信号を生成する。制御部は、レーダーシステムを操作するためのものである。信号処理部は、送信アセンブリに送られる入力信号と、受信アセンブリによって生成された出力信号とを比較して、ターゲットのレンジ、速度及び位置を決定するアルゴリズムを実現する。
【００１５】
別の態様では、本発明は、Rotmanレンズを製造する方法に属する。この方法は、Rotmanレンズの下部を構成する第１の基板を提供するステップと、リソグラフィ法を使用して第１の基板上に酸化物マスクを配置するステップと、ディープ・リアクティブ・イオン・エッチ（ＤＲＩＥ）法を使用して第１の基板をエッチングして下部を形成するステップと、Rotmanレンズの上部を形成する第２の基板を提供するステップと、最後に熱圧着及び導電性エポキシ樹脂を使用してRotmanレンズの上部と下部を接合してRotmanレンズを作成するステップとを含む。
【００１６】
本発明の更にその他の特徴は、実施形態の以下の詳細な説明から当業者に明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
次に、添付図面と共に行われる以下の詳細な説明を参照する。
【図１】本発明の一実施形態によるレーダーシステムの概略図
【図２Ａ】本発明の一実施形態によるレーダー信号を生成し送信する機能ブロック図
【図２Ｂ】本発明の一実施形態によるレーダー信号を受信し処理する機能ブロック図
【図３Ａ】Rotmanレンズとパッチアンテナアセンブリの機能概略図
【図３Ｂ】本発明の一実施形態による切断線Ａ−Ａに沿った図３Ａに示されたRotmanレンズの断面図
【図４】本発明の一実施形態によるＭＥＭＳ技術を使用して構成されたRotmanレンズの横断面の拡大図
【図５】本発明の一実施形態によるRotmanレンズを通る電磁気波形のシミュレートパターン
【図６】本発明の一実施形態によるRotmanレンズの製造方法のフローチャート
【図７Ａ】製造方法によるRotmanレンズの下部をスパッタ被覆する段階を示す図
【図７Ｂ】製造方法によるRotmanレンズの上部をスパッタ被覆する段階を示す図
【図７Ｃ】製造方法によるRotmanレンズの下部を熱圧着する段階を示す図
【図８】ＭＥＭＳ技術で実現された単投単極スイッチの機能図
【図９】本発明の一実施形態によるＭＥＭＳ技術で実現された単極三投スイッチ（ＳＰ３Ｔ）を示す図
【図１０Ａ】本発明の一実施形態によるマイクロストリップパッチの線形アレイを含む単一モードで動作可能なパッチアンテナアセンブリを示す図
【図１０Ｂ】図１０Ａに示されたような線形アレイのインサートマイクロストリップパッチ形成部分を示す図
【図１１】本発明の一実施形態によるＲＦスイッチのアレイを含む複数モードで動作可能なパッチアンテナアセンブリを示す図
【図１２】本発明の一実施形態による複数モードで動作するレーダーシステムの性能のハイウェイ実例を示す図
【図１３Ａ】本発明の一実施形態による短レーダーレンジモードで動作するレーダーシステムのモードを示す図
【図１３Ｂ】本発明の一実施形態による中レーダーレンジモードで動作するレーダーシステムのモードを示す図
【図１３Ｃ】本発明の一実施形態による長レーダーレンジモードで動作するレーダーシステムのモードを示す図
【図１４Ａ】本発明の一実施形態による帯域幅チャーピングを利用して複数モードで動作するレーダーシステムの入力信号の周波数パターンを示す図
【図１４Ｂ】帯域幅チャーピングを利用して複数モードで動作するレーダーシステムの入力信号の代替周波数パターンを示す図
【図１５Ａ】本発明の代替実施形態による変調チャープ帯域幅信号を利用するレーダーシステムの入力信号の周波数パターンを示す図
【図１５Ｂ】複数モードで動作するレーダーシステムにおいて反射レーダー信号を処理する周波数逓倍器回路の概略図
【図１６Ａ】本発明の一実施形態による層状パッケージに収容されたレーダーシステムの等角図
【図１６Ｂ】主構成要素の配置を示す異なる観点からの、図１６Ａに示されたような層状パッケージに収容されたレーダーシステムの等角図
【図１７Ａ】本発明の方法によるプラスチック射出成形工程を使用してRotmanレンズの一部分を形成する工程を示す図
【図１７Ｂ】本発明の方法によるプラスチック射出成形工程を使用してRotmanレンズの一部分を形成する工程を示す図
【図１８】本発明の代替実施形態による送信及び受信アセンブリを有するレーダーシステムの例示的概略図
【図１９】本発明の更に他の好ましい実施形態による単一の送信／受信アセンブリを有するレーダーシステムの例示的概略図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１を参照すると、本発明の一実施形態によるレーダーシステム１００を概略的に示す。レーダーシステム１００は、ホスト車両８（図１２）のバンパー上又はバンパー内に取り付けることができるように選択された全体サイズを有する。レーダーシステム１００は、送信アセンブリ１０、受信アセンブリ２０、制御部３０、及び信号処理部４０を含む。後述するように、送信アセンブリ１０は、入射レーダー信号２をターゲット車両４に送信するように動作できる。受信アセンブリ２０は、ターゲット車両４からの反射レーダー信号６を受信するように動作可能であり、反射レーダー信号６は、信号処理部４０によって処理されてターゲット車両４の位置、速度及び／又は方向に関する情報が抽出され、次に出力５としてユーザに提供される。反射レーダー信号６は、必要に応じて、信号処理部４０に渡される前にアナログフィルタ処理にかけられる。例えば、アナログフィルタアセンブリ５０が、混合器５２を使用して反射レーダー信号６を入射レーダー信号２と混合するために使用される。更に、低域フィルタ（ＬＰＦ）５４などのフィルタアセンブリ５０に１つ又は複数のフィルタが組み込まれてもよい。
【００１９】
反射レーダー信号６を入射レーダー信号２と比較することによって、信号処理部４０は、ターゲット位置、ターゲット速度、ターゲットレンジなどのターゲット車両４のパラメータを決定するように動作してもよい。この情報は、ドライバ通知情報を出力可聴信号又は視覚表示４２の形で提供するために、ホスト車両ナビゲーションシステム（図示せず）、ダッシュボード、及び／又は他のタイプの表示装置などに送られてもよい。代替実施形態では、出力情報は、例えばコントローラエリアネットワークバス（ＣＡＮバス）４４などを介して、自律車両又は半自律ナビゲーション及び／又は制御のために制御システムに直接送られてもよい。信号処理部４０は、デジタル信号処理を実現する。トランシーバがチャープ信号を生成する同調電圧を生成するために、デジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）回路が使用される。選択範囲の中間周波信号（ＩＦ）をフィルタリングし増幅するために低域フィルタが使用され、中間周波信号（ＩＦ）は、次に、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）４６を用いてデジタル信号に変換される。
【００２０】
後述するように、送信アセンブリ１０は、ビーム形成のための送信Rotmanレンズ１２Ｔと、入射レーダー信号２を送信するための送信パッチアンテナアセンブリ１４Ｔとを含む。前述したように、送信Rotmanレンズ１２Ｔは、入力信号の位相を調整し、実時間のビーム形成とビームステアリングを提供するために使用される。
【００２１】
受信アセンブリ２０は、好ましくは、送信アセンブリ１０と同様に構成され、受信Rotmanレンズ１２Ｒと受信パッチアンテナアセンブリ１４Ｒを含む。Rotmanレンズ１２Ｔ，１２Ｒとパッチアンテナアセンブリ１４Ｔ，１４Ｒは、実質的に同一構成を有してもよく、同一でなくても類似のパラメータで動作するように構成されてもよい。次に、レーダーシステム１００内のRotmanレンズ１２に戻ると、図３Ａは、送信アセンブリ１０又は受信アセンブリ２０の一部分として示されたような、Rotmanレンズ１２の基本機能を示す。送信アセンブリ１４と組み合わされたRotmanレンズ１２の動作を混乱させないように、送信アセンブリ１０と受信アセンブリ２０の幾つかの構成要素を省略したことを理解されたい。図３Ｂは、図３Ａの切断線Ａ−Ａに沿って得られたレンズ１２の断面図３００を示す。各Rotmanレンズの概略的な構造は、図３Ａ、図３Ｂ、図４及び図５に最もよく示され、各パッチアンテナアセンブリ１４Ｔ，１４Ｒは、図１０Ａ、図１０Ｂ及び図１１に最もよく示され、全体でそれぞれRotmanレンズ１２とパッチアンテナアセンブリ１４と呼ばれる。
【００２２】
図３Ａを簡単に参照すると、Rotmanレンズ１２は、第１の一端の方に離間された３つのビームポート６０（α，β，γで示された）と、第２の他端の方に離間された５つのアレイポート６２を有する。幾つかマイクロ波相互接続素子８６がそれぞれ、各ビームポート６０及びアレイポート６２とそれぞれ関連付けられ、電気信号を電磁波に変換しまたその逆に変換するように動作できる。図３Ｂに最もよく示されたように、Rotmanレンズ１２は、概略平行に離間された上壁７６及び下壁７８と、周囲に延在する側壁８０とによって画定される。上壁７６と下壁７８は、レンズ１２を介して伝播される電磁波の波長の２分の１（λ／２）未満に選択されることが好ましいレンズギャップｈだけ互いに離間される。ビームポート６０とアレイポート６２は、概略的に空気キャビティ７４の両側に延在するように、図４と図５に最もよく示される。最も好ましくは、それぞれ一連のビームポート６０とアレイポート６２は、それぞれ実質的に同じ幾何学形状と長さで提供される。Rotmanレンズ１２は、また、レンズキャビティ７４と通信する複数のビームポート６０と、レンズキャビティ７４と通信する複数のアレイポート６２とを有するように構成される。ビームポート６０は、レンズキャビティ７４の一端で離間され、アレイポート６２は、ビームポート６０と反対側のレンズキャビティ７４の他方で離間される。Rotmanレンズ１２の設計に、任意数のビームポート６０と任意数のアレイポート６２を含めることができるが、当該技術分野では、アレイポート６２に対するビームポート６０の一般的な組み合わせが周知である。例えば、図３Ａで示されたRotmanレンズは、α，β，γで示された３つのビームポート６０と、Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ及びＶで示された５つのアレイポートを有する。
【００２３】
送信アセンブリ１０の一部分のとき、Rotmanレンズ１２Ｔのビームポート６０は、入力信号３１を受信するように動作し、アレイポート６２は、それに対応する信号を送信パッチアンテナアセンブリ１４Ｔに出力するように動作する。機能的な説明として、入力信号３１は、送信Rotmanレンズ１２Ｔのキャビティ７４を横切って伝播するように、その入力ビームポート６０（α，β，γ）で電磁波に変換される。これに関して、一連の関連したマイクロ波相互接続素子８６は、各ビームポート６０内に位置決めされ、入力電気信号３１をレンズ１２Ｔを介して伝播される電磁気信号に変換するように動作できる。送信Rotmanレンズのアレイポート６２における出力信号１２Ｔは、ビームポート６０のうちの受信した１つのビームポートから伝播され全てのアレイポート６２に到達する入電磁波に基づく。各アレイポート６２で受信された電磁気信号は、別のマイクロ波相互接続素子８６によって電気信号に変換され、アレイポート６２によって時間遅延同相電気信号として一括して出力される。送信パッチアンテナアセンブリ１４Ｔは、Rotmanレンズ１２Ｔのアレイポート６２から半剛性同軸ケーブルを介して時間遅延同相電気信号を受信するように構成され、電気信号を送信パッチアンテナアセンブリ１４Ｔで電磁気信号に戻す。したがって、電磁気信号は、Rotmanレンズ１２Ｔの幾何学形状とパッチアンテナアセンブリ１４Ｔの組み合わせを顧慮して選択された方向６６に入射レーダー信号２として送信される。
【００２４】
信号発生器３２によって生成された入力信号３１が、信号発生器３２から電気信号として出力されてもよいことを理解されたい。したがって、入力信号３１は、適切なマイクロ波相互接続素子８６によって電気信号と電磁気信号の間で変換されなければならない。好ましくは、マイクロ波相互接続素子８６は、Corning Gilbert社によるG3POTM Interconnect Seriesであり、これは、より高実装密度、より低重量、より高周波での性能の産業需要に応えて開発された超小型プッシュオン式高性能マイクロ波相互接続素子である。したがって、マイクロ波相互接続素子８６は、入力信号３１を電磁波に変換するために送信Rotmanレンズ１２Ｔの各ビームポート６０内に取り付けられ、また各電子波動を複数の時間遅延同相信号に変換する送信Rotmanレンズ１２Ｔの各アレイポート内に取り付けられてもよい。
【００２５】
後述するように、受信アセンブリ２０の一部として動作するRotmanレンズ１２Ｒは、送信アセンブリ１０のRotmanレンズ１２Ｔと似ているが逆の順序で動作する。
【００２６】
本出願人は、本発明によって、Rotmanレンズ１２が、時間遅延同相信号を生成するために複雑で高価なＲＦスイッチ式移相器を必要としないことが分かった。したがって、送信アセンブリ１０と受信アセンブリ２０内のRotmanレンズ１２は、受動素子であり、したがって、制御回路が不要なので複雑さが減少し効率が改善される。更に、Rotmanレンズ１２は、動作に電力を必要とせず、既知の導波技術を使用して挿入損失が低くなるように設計することができる。
【００２７】
図１に戻ると、受信アセンブリ２０が、多数の異なる形態をとることができることを理解されたい。例えば、一実施形態では、受信アセンブリ２０は、受動装置（受信Rotmanレンズ１２Ｒを含む受信アセンブリ２０など）より改善された分解能を提供する能動装置（図示せず）を含んでもよい。別の実施形態では、送信アセンブリ１０は、入射レーダー信号２をターゲット車両４に送信し、同じ構成要素を使用して反射レーダー信号６を受信するように動作できる。そのような構成では、レーダーシステム１００は、単純な送信機／受信機アセンブリを含んでもよく、送信アセンブリ１０及び受信アセンブリ２０より構成要素を減らすために多重化又はサーキュレータ構成要素と、特別なフィルタリングとを実装してもよい。単一の送信機／受信機アセンブリを使用する例示的な実施形態を図１９に示し、以下に説明する。
【００２８】
レーダーシステム１００では、制御部３０は、レーダーシステム１００の全体的な操作のために提供される。制御部３０は、専用プロセッサを備えてもよく、あるいはマイクロコントローラ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、コンピュータなどに実装されてもよい。制御部３０と信号処理部４０は、ＡＳＩＣやＦＰＧＡなどの同じ装置に実装されることが好ましいことがある。更に、制御部３０の幾つかの資源は、レーダーシステム１００の制御に使用されてもよく、他の資源は、反射レーダー信号６の解析に利用されてもよい。
【００２９】
制御部３０は、レーダーシステム１００を操作する複数の制御信号を提供することが好ましい。例えば、制御部３０は、送信アセンブリ１０に送信される入力信号３１を生成する信号発生器３２を活動化するために使用される。制御部３０は、信号発生器３２の適切な動作を保証するための位相ロックループモジュール３４を内蔵してもよい。例えば、制御部３０は、位相ロックループモジュール３４を介して基準信号３３を信号発生器３２に送るように動作してもよい。制御部３０は、また、レーダーパッチアンテナアセンブリ１００の様々な構成要素に送られる制御信号を生成してもよい。制御部３０は、制御信号を、送信アセンブリ１０及び／又は受信アセンブリ２０と関連付けられた切替装置３６Ｔ，３６Ｒに送るように動作できることが好ましい。切替装置３６Ｔは、信号発生器３２をRotmanレンズ１２Ｔの送信アセンブリ１０に接続するように電子的に動作できる。切替装置３６Ｒは、アナログフィルタアセンブリ５０とＡＤＣ４６を介して、受信アセンブリ２０のRotmanレンズ１２Ｒをアセンブリ信号処理部４０に電子的に接続するように動作できる。切替装置３６Ｔ，３６Ｒは、最も好ましくは、本明細書では切替装置３６と呼ばれる同一構造を有し、後で図９を参照して述べるような単極三投（ＳＰ３Ｔ）スイッチ９００として提供される。
【００３０】
システムレベルで見ると、例えば図１２に概略的に示されたように、レーダーシステム１００は、入射レーダー信号２を生成／送信し、その後で１つ又は複数のターゲット車両４から反射レーダー信号６を受信／処理するように分離されてもよい。
【００３１】
図２Ａは、本発明の一実施形態による入射レーダー信号２を生成するための生成及び送信システム２００の機能ブロック図を示す。最初に、入力信号３１が、信号発生器３２によって生成される。多くの周波数が可能であるが、好ましくは、信号発生器３２は、２０ＧＨｚ〜１００ＧＨｚ、より好ましくは７０ＧＨｚ〜８５ＧＨｚのより高い周波数を達成するように選択された電気信号３１を提供するように動作できる。車両レーダー用途に使用されるとき、レーダーシステム１００は、約７７ＧＨｚ±１ＧＨｚで動作するように構成されることが最も好ましいが、様々な用途に代替周波数が可能であることを理解されたい。
【００３２】
次に、入力信号３１は、切替装置３６Ｔに送られ、切替装置３６Ｔは、制御部３０によって調整され、複数のビームポート６０のどれが入力信号３１を受信するかを選択する。送信アセンブリ１０の一部として動作するとき（即ち、図３Ａで左から右）、所定の時間にレンズキャビティ７４を横切って電磁波を伝播することができるのは、送信Rotmanレンズ１２Ｔのビームポート６０のうちの１つのビームポートだけである。しかしながら、レンズキャビティ７４を横切って伝播される電磁波の場合、アレイポート６２はそれぞれ、各ビームポートα，β，γから各アレイポートＩ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶ，Ｖまでの経路長に基づいて時間遅延同相信号を出力する。例えば、特定のビームポートαで入力信号３１を受信した場合、マイクロ波相互接続素子８６によって電磁波に変換された電気信号は、レンズキャビティ７４の形状によりレンズキャビティ７４を横切って伝播する。次に、電磁波は、各アレイポート６２に異なる時間であるが同相で到達する。次に、複数の時間遅延同相信号は、アレイポート６２にある追加のマイクロ波相互接続素子８６によって電気信号に戻され、送信パッチアンテナアセンブリ１４Ｔによって受信され入射レーダー信号２として送信される。各ビームポートα，β，γは、選択方向６６（即ち、固有の送信角度６６α，６６β，６６γ）で入射レーダー信号２と関連付けられる。
【００３３】
次に、送信Rotmanレンズ１２Ｔによって複数の時間遅延同相信号が出力される。時間遅延同相信号は、送信パッチアンテナアセンブリ１４Ｔによって入射レーダー信号２として送信される前に、送信モノリシックマイクロ波集積回路増幅器（ＭＭＩＣ増幅器）１６Ｔのアレイによってバッファされかつ／又は増幅されることが好ましい。
【００３４】
送信ＭＭＩＣ増幅器１６Ｔは、電気信号だけで動作できる。したがって、送信ＭＭＩＣ増幅器１６Ｔが、送信Rotmanレンズ１２Ｔのアレイポート６２からの時間遅延同相信号をバッファしかつ／又は増幅するために使用される場合、送信Rotmanレンズ１２Ｔと送信パッチアンテナアセンブリ１４Ｔの間に追加のマイクロ波相互接続素子８６が取り付けられてもよい。
【００３５】
発明者は、信号を入射レーダー信号２として送信する前に電気信号と電磁気信号間で変換することが、レーダーシステム１００のサイズを小さくするのに有益であることが分かった。これにより、マイクロ波相互接続素子８６は、電気信号から電磁気信号への変換、又は電磁気信号から電気信号への変換を達成するように動作する。次に、電気信号を変換することができる増幅器とスイッチを、ＭＥＭＳ及びストリップ線路／マイクロストリップ技術を使用して設計することができる。更に、発明者は、電磁気信号で動作する受動装置（即ち、Rotmanレンズ１２Ｔ）を電気的アセンブリに組み込むことによって、レーダーアセンブリ１００の信号処理要件が大幅に下がり、更にコストが削減されることが分かった。更に、電磁気構成要素と電気構成要素の両方を実装する複合システムは、専ら電気的構成要素又は専ら電磁的構成要素に依存するシステムと比較してレーダーシステム１００の速度を改善する。
【００３６】
図２Ｂは、反射レーダー信号６を受信する受信及び処理システム２５０の機能ブロック図を示す。受信／処理システム２５０の設計は、受信した反射レーダー信号６の伝播が逆に行われること以外は、図２Ａに示されたような生成／送信システム２００を反映してもよい。具体的には、受信／処理システム２５０は、受信Rotmanレンズ１２Ｒと受信パッチアンテナアセンブリ１４Ｒの両方を含む。受信／処理システム２５０の受信パッチアンテナアセンブリ１４Ｒは、入射レーダー信号２を送信する代わりに、反射レーダー信号６を受信するように動作できる。受信Rotmanレンズ１２Ｒは、送信アセンブリ１０と生成／送信システム２００内の送信Rotmanレンズ１２Ｔと逆の動作で、複数の時間遅延同相信号を受信し、電磁波を出力するように動作する。
【００３７】
図２Ｂに示されたように、反射レーダー信号６は、受信／処理システム２５０の受信パッチアンテナアセンブリ１４Ｒで受信され、電気信号に接続されることが好ましい。反射電気信号は、受信ＭＭＩＣ増幅器１６Ｒによって増幅される。次に、増幅された信号は、必要に応じて、適切な電気的フィルタ１８によってフィルタリングされ、複数の時間遅延同相信号として受信Rotmanレンズ１２Ｒの各アレイポート６２に送られる。受信Rotmanレンズ１２Ｒの各アレイポート６２内に配置されたマイクロ波相互接続素子８６は、ＭＭＩＣ増幅器１６Ｒによって出力された電気信号を、レンズ１２Ｒのキャビティ７４を介してビームポート６０に伝播させるための電磁波に変換する。単一の電磁波は、受信Rotmanレンズ１２Ｒのビームポート６０から出ると、各ビームポート６０に配置されたマイクロ波相互接続素子８６によって電気信号に戻される。次に、出力電気信号は、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）４６によってデジタル信号に変換される。次に、デジタル信号は、信号処理部４０に供給されてもよい。あるいは、電磁波は、変換前にフィルタリング（フィルタリングアセンブリ５０などによって）されてもよい。更に、電子信号は、ＡＤＣ４６によってサンプリングされる前に中間周波数（ＩＦ）にシフトされて、あまり高性能でないアナログデジタル変換器４６（例えば、サンプルレートが遅い）の使用を可能にする。
【００３８】
信号処理部４０では、ＦＦＴモジュール４８によって信号を時間領域信号から周波数領域信号に変換してもよく、周波数領域信号は、次に、インタフェース部５２と、デジタル信号処理部（ＤＳＰ）５４と統合能動的車両安全システム（ＩＡＶＳＳ）５６に送られてもよい。レーダーシステム１００から得られた情報は、更なる処理と意志決定のために、レーダーシステム１００のオペレタータに表示されかつ／又は高度制御システム（図示せず）に伝達されてもよい。
【００３９】
レーダーシステム１００の動作において、波面線６４（図３Ａ）を、それぞれのビームポートα，β，γで受信した入力信号３１に関する入射レーダー信号２の波面６４α，６４β，６４γと見なすこともできる。波面６４α，６４β，６４γは、パッチアンテナアセンブリ１４によって送られた時間遅延同相信号のアライメントを示す。各波面６４α，６４β，６４γは、入射レーダー信号２の伝播方向又は選択方向６６に対して直角であり、選択方向６６α，６６β，６６γはそれぞれ、ビームポート６０とアレイポート６２両方の数と配置、及びパッチアンテナアセンブリ１４の設計を含む、Rotmanレンズ１２の構成によって決定される。したがって、特定のビームポートα，β，γで電磁波を受け取ると、図３Ａに示されたように、選択方向６６の入射レーダー信号２は、その対応する波面６４α，６４β，６４γに対して直角になる。
【００４０】
一般的に言うと、複数のビームポート６０と複数のアレイポート６２の配列は、ビーム形成と構成を容易にするためにRotmanレンズ１２の中心軸にほぼ対称的になる。例えば、特定のビームポートα，β，γと特定のアレイポートＩ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶ，Ｖは、特定のビームポートβの選択方向６６が、パッチアンテナアセンブリ１４に対して０°又は直角になるように対称的に配列される。更に、特定のビームポートαとγの選択方向６６はそれぞれθと−θになるように構成されてもよい。
【００４１】
受信Rotmanレンズ１２Ｒは、受信アセンブリ２０（図３Ａで右から左）の一部として動作するとき、反射レーダー信号６を受信パッチアンテナアセンブリ１４Ｒで受信する。受信パッチアンテナアセンブリ１４Ｒは、反射レーダー信号６を様々な物理位置で受信して、複数の時間遅延同相信号が得られるように動作できる。次に、それらの信号が、Rotmanレンズ１２Ｒのアレイポート６２に送られ、そこで、各アレイポート６２にあるマイクロ波相互接続素子８６によって電磁気信号に変換される。受信した時間遅延同相信号は、弱い可能性が高いので、反射レーダー信号６の信号強度を強めるために増幅器１６Ｒのアレイ（図２Ｂに受信／処理システム２５０で示されたような）が含まれる。
【００４２】
特定のアレイポート６２  Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶ，Ｖは、受信パッチアンテナアセンブリ１４Ｒから各信号を、連続時間遅延同相で、順番に受信するように動作できる。次に、信号は、同相電磁波として、Rotmanレンズ１２のレンズキャビティ７４を介してビームポート６０に戻される。次に、ビームポート６０は、レンズキャビティ７４から複数の時間遅延同相信号を受信し、その信号をビームポート６０のうちの１つで単一の電磁波に結合する。Rotmanレンズ１２が、受動装置であるとき、全てのビームポート６０で、任意の反射レーダー信号６の出力が測定できる可能性が高いことを理解されたい。しかしながら、選択方向６６から受信した反射レーダー信号６の場合、電磁波は、最初に、Rotmanレンズ１２Ｔの送信ビームポート６０に対応するビームポート６０で受信される。次に、特定のビームポート６０  α，β，γでの単一の電磁波が、マイクロ波相互接続素子８６によって電気信号に変換され、レーダーシステム１００に出力される。
【００４３】
Rotmanレンズ１２Ｒは、受信アセンブリ２０の一部として働くとき、複数の時間遅延同相信号を単一の電磁波に受動的に結合するように設計される。Rotmanレンズ１２Ｒの幾何学的形状（即ち、各アレイポート６２  Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶ，Ｖを各特定のビームポート６０  α，β，γまでのビーム経路長）とパッチアンテナアセンブリ１４の設計とに基づいて、特定のビームポートα，β，γによって出力された有効な電磁波は、送信アセンブリ１０と同じ選択方向６６から受信した電磁波である。例えば、波面６４βと垂直な方向（即ち、パッチアンテナアセンブリ１４と直角）の選択方向６６βからパッチアンテナアセンブリ１４で受信された反射レーダー信号６は、ビームポート６０βに単一電磁波として到達する。選択方向６６βは、入力信号が送信アセンブリ１０によって特定のビームポート６０  βから送信されたときに入射レーダー信号２がとる方向である。同様に、最初に送信アセンブリ１０の対応するビームポートγによって送信されたとき、選択方向６６γからパッチアンテナアセンブリ１４で受信した反射レーダー信号６は、ビームポートγに単一電磁波として到達する。 したがって、受信アセンブリ２０内の各ビームポート６０  α，β，γは、選択方向６６（即ち、固有の走査角度６６α，６６β，６６γ）からの反射レーダー信号６の受信と関連付けられ、この反射レーダー信号６は、送信アセンブリ１０内で対応するビームポート６０  α，β，γを介して最初に送信された入射レーダー信号２に対応する。
【００４４】
好ましい動作モードでは、送信Rotmanレンズ１２Ｔと受信Rotmanレンズ１２Ｒを介した入射レーダー信号２の送信と反射レーダー信号６の受信は、以下の通り。
【００４５】
（Ａ）送信Rotmanレンズ１２Ｔ内のビームポート６０αを使用する入射レーダー信号２の送信と、受信Rotmanレンズ１２Ｒ内のビームポート６０  αを使用する反射レーダー信号６の受信
【００４６】
ｉ）送信アセンブリ１０において、
・切替装置３６Ｔが、送信Rotmanレンズ１２Ｔのビームポート６０  αに電気信号を送る。
・マイクロ波相互接続素子８６による変換後、電磁波が、レンズキャビティ７４を横切って伝播される。
・時間遅延同相信号が、アレイポート６２  Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶ，Ｖに順番に到達する。
・時間遅延同相信号が、マイクロ波相互接続素子８６によって電気信号に変換され、送信パッチアンテナアセンブリ１４Ｔに送られる。
・入射レーダー信号２が、送信パッチアンテナアセンブリ１４Ｔによって選択方向６６αに送信される。
・入射レーダー信号２が、ターゲット車両４からはね返る。
【００４７】
ｉｉ）受信アセンブリ２０において、
・受信パッチアンテナアセンブリ１４Ｒが、反射レーダー信号６を選択方向６６αから受信する。
・反射レーダー信号６が、受信Rotmanレンズ１２Ｒ内のアレイポート６２  Ｖ，ＩＶ，ＩＩＩ，ＩＩ，Ｉに順番に到達する。
・マイクロ波相互接続素子８６によって変換された後、時間遅延同相信号が、レンズキャビティ７４を横切って受信Rotmanレンズ１２Ｒのビームポート６０に伝播する。
・ビームポート６０  αの電磁気信号が、マイクロ波相互接続素子８６によって電気信号に変換され、受信切替装置３６Ｒに出力される。
・出力信号が、受信切替装置３６Ｒによる処理のために信号処理部４０に導かれる。
【００４８】
（Ｂ）送信Rotmanレンズ１２Ｔ内のビームポート６０  βを使用する入射レーダー信号２の送信と、受信Rotmanレンズ１２Ｒ内のビームポート６０  βを使用する反射レーダー信号６の受信
【００４９】
ｉ）送信アセンブリ１０において、
・切替装置３６Ｔが、送信Rotmanレンズ１２Ｔのビームポート６０  βに電気信号を送る。
・マイクロ波相互接続素子８６による変換後、電磁波が、レンズキャビティ７４を横切って伝播される。
・時間遅延同相信号が、アレイポート６２  Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶ，Ｖに同時に到達する。
・時間遅延同相信号が、マイクロ波相互接続素子８６によって電気信号に変換され、送信パッチアンテナアセンブリ１４Ｔに送られる。
・入射レーダー信号２が、送信パッチアンテナアセンブリ１４Ｔによって選択方向６６βに送信される。
・入射レーダー信号２が、ターゲット車両４からはね返る。
【００５０】
ｉｉ）受信アセンブリ２０において、
・受信パッチアンテナアセンブリ１４Ｒが、反射レーダー信号６を選択方向６６βから受信する。
・反射レーダー信号６が、受信Rotmanレンズ１２Ｒ内のアレイポート６２  Ｖ，ＩＶ，ＩＩＩ，ＩＩ，Ｉに同時に到達する。
・マイクロ波相互接続素子８６による変換後、時間遅延同相信号が、レンズキャビティ７４を横切って受信Rotmanレンズ１２Ｒのビームポート６０に伝播する。
・ビームポート６０  βの電磁気信号は、マイクロ波相互接続素子８６によって電気信号に変換され、受信切替装置３６Ｒに出力される。
・出力信号が、受信切替装置３６Ｒによって処理のために信号処理部４０に導かれる。
【００５１】
（Ｃ）送信Rotmanレンズ１２Ｔ内のビームポート６０  γを使用する入射レーダー信号２の送信と、受信Rotmanレンズ１２Ｒ内のビームポート６０  γを使用する反射レーダー信号６の受信
【００５２】
ｉ）送信アセンブリ１０において、
・切替装置３６Ｔが、電気信号を送信Rotmanレンズ１２Ｔのビームポート６０  γに送る。
・マイクロ波相互接続素子８６による変換後、電磁波が、レンズキャビティ７４を横切って伝播される。
・時間遅延同相信号が、アレイポート６２Ｖ，ＩＶ，ＩＩＩ，ＩＩ，Ｉに順番に到達する。
・時間遅延同相信号が、マイクロ波相互接続素子８６によって電気信号に変換され、送信パッチアンテナアセンブリ１４Ｔに送られる。
・入射レーダー信号２が、送信パッチアンテナアセンブリ１４Ｔによって選択方向６６γに送信される。
・入射レーダー信号２が、ターゲット車両４からはね返る。
【００５３】
ｉｉ）受信アセンブリ２０において、
・受信パッチアンテナアセンブリ１４Ｒが、反射レーダー信号６を選択方向６６γから受信する。
・反射レーダー信号６が、受信Rotmanレンズ１２Ｒのアレイポート６２  Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶ，Ｖに順番に到達する。
・マイクロ波相互接続素子８６による変換後、時間遅延同相信号が、レンズキャビティ７４を横切って受信Rotmanレンズ１２Ｒのビームポート６０まで伝播される。
・ビームポート６０  γでの電磁気信号が、マイクロ波相互接続素子８６によって電気信号に変換され、受信切替装置３６Ｒに出力される。
・出力信号が、受信切替装置３６Ｒによって処理のために信号処理部４０に導かれる。
【００５４】
次に、図３Ｂを参照すると、ＭＥＭＳ技術を使用するRotmanレンズ１２の構造が最もよく分かる。図３Ｂは、図３Ａに示されたRotmanレンズ１２の切断線Ａ−Ａに沿った断面図３００である。従来のRotmanレンズは、一般にインチの範囲内で測定される大きさであるが、本発明は、大量生産のために、Rotmanレンズ１２のサイズを縮小し、小型一体型レーダーパッケージ内に収めることを可能にする新規の設計と製造方法を提供する。詳細には、従来のRotmanレンズは、マイクロストリップ又は導波路技術を使用して横電磁界モード（ＴＥＭ）で動作するように設計された。７７ＧＨｚで動作するレーダーシステムの場合、ＴＥＭモードで動作する従来のRotmanレンズは、ほぼ数センチメートル程度のレンズギャップｈを有しなければならない。
【００５５】
本発明のRotmanレンズ１２は、有利には、横電界（ＴＥ）モードで動作するように設計されることがある。より具体的には、Rotmanレンズ１２は、主動作モードとしてＴＥ１０モードで動作するように構成される。７０ＧＨｚ〜８０ＧＨｚの範囲で動作するレーダーシステム１００の場合、Rotmanレンズ１２は、厚さ５００マイクロメートルのシリコン基板上に製造されてもよい。
【００５６】
Rotmanレンズ１２が、ＴＥ１０モードで動作しているとき、レンズキャビティ７４は、導波路として動作する。したがって、発明者は、レンズキャビティ７４の遮断周波数が、垂直寸法に依存せず、これにより、ＴＥ１０モードで動作するRotmanレンズ１２は、レンズギャップｈを小さくできることが分かった。最適動作のため、レンズギャップは、動作周波数の波長の半分（λ／２）未満に選択されることが最も好ましい。レンズギャップｈは、ＴＥ１０モードで動作するときにλ／２より小さいことが好ましい。好ましい実施形態では、約７７ＧＨｚで動作するレーダーシステム１００の場合、入射レーダー信号２の波長が、約３．８９ミリメートルであり、レンズギャップｈの高さは、約５０以下μｍであることが好ましい。
【００５７】
従来より、従来のRotmanレンズのレンズキャビティ内には、レンズキャビティ内の伝播経路を変更してレンズサイズを小さくするために、酸化アルミニウム結晶などの絶縁体が使用される。しかしながら、本発明者は、サイズが小さいときや、固体絶縁材料が不要なことを発見した。最も単純化された設計では、Rotmanレンズ１２では、レンズキャビティ７４を満たすために空気が使用される。更に、この設計は、ＭＥＭＳの技術を使用してRotmanレンズ１２の構造を単純化する。レンズキャビティ７４内の絶縁材料として空気を使用するRotmanレンズ１２を提供することにより、レンズギャップｈを、１０マイクロメートル〜１２０マイクロメートル、好ましくは４０マイクロメートル〜６０マイクロメートルに大幅に小さくすることができる。しかしながら、他の実施形態では、やはり固体絶縁体が利用されてもよい。そのような手法により、Rotmanレンズ１２のサイズを更に小さくできることがある。
【００５８】
好ましい実施形態では、１４．２ｍｍ×１１ｍｍのフットプリント面積を有するレンズキャビティにより、レンズギャップｈを約５０マイクロメートルに小さくできることがある。Rotmanレンズ１２の正確な寸法は、既知のシミュレーションソフトウェアパッケージを使用してシミュレートすることができる。Rotmanレンズ１２は、従来のシリコン基板ウェハ６８（図３Ｂ）から製造される。約５０マイクロメートル以下のレンズギャップｈを有するRotmanレンズ１２を作成するためにレンズキャビティ７４が基板６８から掘り出されることは明らかになる。
【００５９】
Rotmanレンズ１２の性能を改善するため、レンズキャビティ７４は、反射率と導電率を提供し、またレンズキャビティ７４内の電磁気信号の吸収を最小にするために、１つ又は複数の材料で被覆されてもよい。更に、材料は、非反応性材料から構成されてもよい。例えば、クロム層７０と金層７２が使用されてもよい。しかしながら、他の材料が可能であり、クロム層７０と金層７２の使用が限定と解釈されるべきでないことを理解されたい。
【００６０】
【表１】
2013521508.tif 000003
【００６１】
次に、表１を参照すると、好ましい実施形態による例示的なRotmanレンズ１２のパラメータが列挙される。例示的な実施形態では、Rotmanレンズ１２は、３つのビームポート６０と５つのアレイポート６２で構成される。より好ましくは、Rotmanレンズ１２は、全幅約１１ｍｍ、高さ約１ｍｍ、長さ約１４〜１４．５ｍｍ、及びレンズギャップｈが約１００μｍ未満で設計される。様々なパラメータの値は、Rotmanレンズ１２に関する既知の式を使用して選択されてもよく、全波解析ソフトウェアMATLABTMなどのコンピュータソフトウェアパッケージによるシミュレーションによって選択されてもよい。
【００６２】
Rotmanレンズ１２は、低挿入損失（−２ｄＢ）と高反射減衰量（−２０ｄＢ）を、ＲＦ整合を容易にするための５０Ωの特性インピーダンスと共に提供することができる。
【００６３】
図４は、表１に列挙されたパラメータによるRotmanレンズ１２の説明図４００を示し、ビームポート６０とアレイポート６２は、レンズキャビティ７４と通信する。各ビームポート６０と各アレイポート６２内には、G3POTMInterconnectシリーズ・マイクロ波相互接続素子８６が配置される。Rotmanレンズ１２は、更に、側壁８０からのレンズキャビティ７４を通って伝播する電磁波の反射を最小にするために、１対又は複数対のダミーポート８４を有するように構成されることが好ましい。例えば、一方の対のダミーポート８４が、アレイポート６２からの反射を処理し、他方の対のダミーポート８４が、ビームポート６０からの反射を処理してもよい。各対のダミーポート８４は、ビームポート６０と等しい数のダミーポート８４で構成され、ビームポート６０と類似の寸法で構成される。
【００６４】
ビームポート６０とアレイポート６２は、ビーム形成と送信を一貫させるために送信長が一致するように構成される。対のダミーポート８４は、チャンバからの反射を吸収材料８６に導くことができる。これにより、対のダミーポート８４は、Rotmanレンズ１２のスペースと形状に基づいて、ビームポート６０とアレイポート６２より長くても短くてもよい。ダミーポート８４の断面は、ビームポート６０とアレイポート６２両方の断面と一致することが最も好ましい。
【００６５】
マイクロ波相互接続素子８６は、ビームポート６０内とアレイポート６２内のそれぞれに示されているが、これは不可欠ではない。各マイクロ波相互接続素子８６は、電気信号を電磁気信号に変換するか、電磁気信号を電気信号に変換するように動作できる。これにより、生成／送信システム２００の一部として働くとき、送信Rotmanレンズ１２Ｔのビームポート６０のマイクロ波相互接続素子８６は、受信入力信号３１を電磁波に変換し、アレイポート６２内のマイクロ波相互接続素子８６は、時間遅延同相信号を電磁気信号から電気信号に変換する。受信／処理システム２５０の一部として働くとき、受信Rotmanレンズ１２Ｒのアレイポート６２のマイクロ波相互接続素子８６は、受信した時間遅延同相信号を電磁波に変換し、ビームポート６０内のマイクロ波相互接続素子８６は、受信時電磁波を電気信号に変換する。
【００６６】
次に、図５を参照すると、説明図５００は、図４に示された例示的なRotmanレンズ１２の電界パターンを示し、パラメータは表１に列挙されている。図５は、両方の対のダミーポート８４、ビームポート６０及びアレイポート６２に含むレンズキャビティ７４全体の電界強度の分布を示す。
【００６７】
次に、図６と図７Ａ〜図７Ｃに移り、本発明の好ましい実施形態によるRotmanレンズ１２の好ましい製造方法について述べる。フローチャート６００で分かるように、Rotmanレンズ１２の下部７００を構成するために基板６８が提供される。基板６８は、半導体で形成されてもよく、集積回路の作成と大量生産のために既知の技術を利用するためにウェハの形態をとってもよい。基板６８は、任意の半導体材料のウェハとして始まってもよく、製造を容易にするためにシリコン（Ｓｉ）、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）などから形成されてもよい。更に、ウェハは、様々な厚さ（厚さ６３５マイクロメートルのシリコンウェハなどの）でよい。
【００６８】
基板６８は、レンズキャビティ７４に形成される前に浄化されてもよい。例えば、有機汚染物質、薄い酸化物層及びイオン性汚染物質の除去などの標準的な１組のウェハ洗浄工程（即ち、ＲＣＡ浄化）が実行されてもよい。次に、（ブロック１０４を参照）、基板６８は、リソグラフィ法を使用して基板６８上に酸化膜マスクを配置することによって、Rotmanレンズ１２のレンズ下部７００（図７Ａ）に成形されてもよい。幾つかのプロセスでは、二酸化ケイ素の酸化膜マスクが使用されてもよい。
【００６９】
次に、基板６８は、ディープ・リアクティブ・イオン・エッチング（ＤＲＩＥ）を使用して、レンズキャビティ７４を構成するようにエッチングされる（図６ブロック１０６を参照）。ＤＲＩＥは、レンズキャビティ７４に急峻な壁を作成するために使用される。これは、ほぼ垂直（９０°）の側壁８０を作成するためにＭＥＭＳ用に特別に開発された工程であった。急峻な壁は、Rotmanレンズ１２の側壁８０を構成する。ＤＲＩＥを使用してエッチングされたレンズ下部７００は、図７Ａに最もよく示される。
【００７０】
好ましい実施形態では、シリコンウェハは、Alcatel 601E Deep Silicon Etch（登録商標）機械によるＤＲＩＥ法を使用して、６０μｍの深さにエッチングされる。パターンは、エッチング前にリソグラフィ法でパターン形成される酸化シリコンの薄層によって画定される。シリコンは、酸化膜マスクに対して選択的にエッチングされる。システムは、シリコンのエッチングのエッチレートを高め縦横比を高めるように最適化される。
【００７１】
垂直方向の異方性ディーププラズマエッチングを実施するためにＤＲＩＥのＢｏｓｃｈ法が使用されてもよい。側壁８０は、レンズキャビティ７４内に二酸化ケイ素の極薄層を付着させることにより保護されてもよい。次に、IntlvacのNanochromeTM蒸着システムを使用して厚さ４０ｎｍのクロム接着層７０を使用することにより１００ｎｍの金シード層層（図示せず）を付着させるために、電子ビーム蒸着法が使用されてもよい。次に、厚さ３μｍの金層７２が、電気めっき法を使用して付着される。しかしながら、金層７２を付着させるために、スパッタリングや真空金属化などの他の方法を使用してもよい。スパッタリングは、原材料から基板上に被覆材料を射出し、被覆材料が、高エネルギーで基板６８に付着されることを伴う。他の材料を使用してもよい。例えば、白金や他の非反応性材料が、下部７００に付着されてもよい。あるいは、銀、銅、クロムなどの他の導電性金属が使用されてもよい。
【００７２】
レンズ上部７０２は、図７Ｂに示されており、Rotmanレンズ１２の上部７６を形成するために別の基板（ブロック１０８）を使用して形成される。上部７０２は、ブロック１１０で、適切な形状になるように機械加工されてもよい。一実施形態では、Rotmanレンズ１２のレンズ上部７０２とレンズ下部７００は、同一ウェハ（基板６８）上に形成されてもよい。ブロック１１２で、上部７０２は、クロム接着層７０と金層７２を配置することによって下部７００と同じ方法で金属化されることが好ましい。代替実施形態では、クロム接着層７０の上に金層７２を付着させるために、電子ビーム蒸着法が使用されてもよい。
【００７３】
最後に、Rotmanレンズ１２のレンズ上部７０２と、Rotmanレンズ１２のＤＲＩＥエッチングされたレンズ下部７００とが、熱圧着法を使用して接合されて、Rotmanレンズ１２が形成される（ブロック１１４を参照）。Rotmanレンズ１２のレンズ上部７０２とレンズ下部７００は、固体レンズキャビティ７４を形成するまで高温及び圧縮状態で挟まれる。更に、熱圧着が、レンズギャップｈを高い精度で形成することを可能にする。レンズ上部７０２とレンズ下部７００は、半波長（λ／２）より小さいレンズギャップｈを形成するように接合されてもよい。前述したように、レンズギャップｈは、２０μｍ〜１００μｍでよく、好ましくは４０μｍ〜６０μｍでよい。好ましい実施形態では、レンズギャップは、約５０μｍでよい。
【００７４】
代替の可能な組立てモードで、Rotmanレンズ１２の製作を完了するために、側壁８０は、導電性エポキシ技術を使用して上部７０２に接続されてもよい。
【００７５】
上部７６と下部７８を結合してレンズキャビティ７４を形成した後、対のダミーポート８４内の各ダミーポートは、高粘性アブソーバ液１８６を使用して終端される。アブソーバ液１８６は、マイクロディスペンサを使用してダミーポート８４に小出しされてもよい。最も好ましくは、アブソーバ液は、対のダミーポート８４に挿入されたときに垂直入射信号を−２０ｄＢ減衰させることができる。
【００７６】
図１に簡単に戻ると、生成／送信システム２００の一部のとき、送信アセンブリ１０と通信する切替装置３６Ｔは、信号発生器３２からの入力信号３１を、Rotmanレンズ１２の複数のビームポート６０の単一ビームポートα，β，γに導くことができる。同様に、切替装置が受信／処理システム２００の一部であるとき、切替装置３６Ｒは、Rotmanレンズ１２の３つのビームポート６０のうちの１つからの信号を信号処理部４０に導くことができる。図８と図９に示されたように、好ましい実施形態では、切替装置３６は、ＭＥＭＳ系技術を利用して、共平面導波路（ＣＰＷ）を使用して集積回路（図示せず）上に構成されたＭＥＭＳ式単極三投スイッチ９００を含む。ＲＦ周波数でのＭＥＭＳ式単極三投（ＳＰ３Ｔ）スイッチ９００は、３つのＭＥＭＳ式単極単投（ＳＰＳＴ）スイッチ８００を使用して構成されてもよい。
【００７７】
ＲＦ周波数（ＳＰＳＴスイッチ８００）でのＭＥＭＳ式単極単投（ＳＰＳＴ）スイッチの概念的な幾何学形状を図８に示す。ＳＰＳＴスイッチ８００は、ＣＰＷライン１１５と、アンカー１１８によってＳＰＳＴスイッチ８００の一方の側に接続されたカンチレバー１１６とを使用して構成される。カンチレバー１１６の真下に導電性パッド１１７がある。直流バイアス電圧による活動化により、導電性パッド１１７は、ＣＰＷライン１１５上でカンチレバー１１６を折り畳ませる静電力を作り出し、それにより、ＣＰＷライン１１５の間に接続が確立される。
【００７８】
次に、図９を参照すると、ＲＦ周波数（ＳＰ３Ｔスイッチ９００）でのＭＥＭＳ式単極三投スイッチが、３つのＳＰＳＴスイッチ８００を含む。ＳＰ３Ｔスイッチ９００は、単一スイッチ入力１２０が３つのスイッチ出力１２２に至る交差パターンで構成される。スイッチ出力１２２はそれぞれ、Rotmanレンズ１２の異なるビームポートα，β，γに繋がる。制御部３６は、ＳＰ３Ｔスイッチ９００内の適切なＳＰＳＴスイッチ８００をバイアスすることによって、スイッチ入力１２０で受信した信号を（スイッチ出力１２２の）適切なスイッチ出力に導く。
【００７９】
図９で分かるように、ＳＰ３Ｔスイッチ９００は、幾つか不連続な接地平面１２４で構成される。接地平面１２４は、ブリッジ１２６によって、互いと共通接地に接続される。ＳＰ３Ｔスイッチ９００の適切な接地は、ＳＰＳＴスイッチ８００のそれぞれの間の分離を高めることによって、ＳＰ３Ｔスイッチ９００の性能を改善してもよい。
【００８０】
Rotmanレンズ１２が、単一ＳＰ３Ｔスイッチ９００の出力１２２によって一義的に供給できる数より多いビームポート６０を有するとき（即ち、３つを超えるビームポート６０があるとき）、単極多投スイッチが使用されてもよいことを理解されたい（図示せず）。あるいは、不特定多数のビームポート６０に一義的に供給するために、任意数のＳＰ３Ｔスイッチ９００が、木構造又は他の方式で接続されてもよい。制御部３０は、そのようなシステム内に、信号発生器３２から受け取った入力信号３１を各ビームポート６０に一義的に伝達するための追加の制御信号を含んでもよい。
【００８１】
切替装置３６Ｒが、受信／処理システム２５０の一部として動作しているとき、切替装置３６Ｒは、前述の切替装置３６と類似の方式で動作してもよい。しかしながら、受信／処理システム２５０で動作しているとき、信号の方向は逆になる。３つのスイッチ出力１２２は、入力になり、スイッチ入力１２０は、単一出力になる。したがって、切替装置３６Ｒは、受信／処理システム２５０で動作しているとき、ビームポート６０のそれぞれから信号を受け取り、信号の１つを処理装置４０に伝達するように動作できる。
【００８２】
前述のように、入射レーダー信号２と反射レーダー信号６の選択方向６６（即ち、伝播／受信の方向）は、Rotmanレンズ１２とパッチアンテナアセンブリ１４の組み合わせに依存する。発明者は、レーダーシステム１００が、多様なモードで動作できるようにすることにより、適切に設計されたパッチアンテナアセンブリ１４が、レーダーシステム１００の動作に追加の有用性を提供できることが分かった。
【００８３】
当該技術分野で既知のように、ＲＦ設計では、マイクロストリップ技術は周知である。マイクロストリップは、絶縁体又は基板によって接地平面から分離された導体のストリップ又はパッチを含む伝送線路である。一般的なマイクロ波構成要素は、一般に、アンテナ、カプラ、フィルタなどのマイクロストリップ技術を使用して構成される。
【００８４】
次に、図１０Ａと図１０Ｂを参照すると、各パッチアンテナアセンブリ１４は、複数のアンテナアレイ１３０で構成される。各アンテナアレイ１３０は、アレイポート６２のうちの１つに接続される。送信アンテナアアセンブリ１４の場合、アンテナアレイ１３０はそれぞれ、アレイポート６２のうちの１つから時間遅延同相信号のうちの１つを受け取り、入射レーダー信号２をターゲット車両４に向けて選択方向６６に一括して送信するように動作できる。
【００８５】
各アンテナアレイ１３０は、線形の一連のマイクロストリップパッチ１３２として構成される。好ましい実施形態では、図１０Ａに見られる各アセンブリ１４は、１２つのマイクロストリップパッチ１３２をそれぞれ有する５つのアンテナアレイ１３０を有する。アンテナアレイ１３０はぞれぞれ、アンテナアレイ１３０内の第１のマイクロストリップパッチ１３２のマイクロストリップ入力１３４で、Rotmanレンズ１２の対応するアレイポート６２に接続される。アンテナアレイ１３０の数が、対応するRotmanレンズ１２内のアレイポート６２の数と一致するが、各アンテナアレイ１３０に任意数のマイクロストリップパッチ１３２を使用できるとことを理解されたい。更に、アンテナアレイ１３０内のマイクロストリップパッチ１３２は、送信された信号間の適切な分離を保証するために波長（λｇ）だけ離間させられる。
【００８６】
図１０Ｂで分かるように、各マイクロストリップパッチ１３２は、適切な基板（図示せず）によって接地平面から分離された細長い導体である。アンテナアレイの性能を改善するために、マイクロストリップパッチ１３２の幅１３８と長さ１３６は、λｇ／２になるように設計される（ここで、λｇ＝修正波長）。更に、マイクロストリップパッチは、マイクロストリップ入力１３４の一方の側にインサート１４０を含むように設計される。インサート１４０は、挿入幅１４２と挿入深さ１４４を有するように設計され、送信電力をマイクロストリップパッチ１３２の中心に導くことによって、既知のエッジ効果による送信及び受信中のノイズを低減する。表２に、例示的なパッチアンテナアセンブリ１４のパラメータを示す。必要に応じて、一般的な設計パラメータが使用され、次にシミュレーションによって調整された。
【００８７】
【表２】
2013521508.tif 000004
【００８８】
好ましい実施形態では、パッチアンテナアセンブリ１４は、単一基板、例えば厚さ１２５マイクロメートルのRT/duroid（登録商標）５８８０基板上に製造されるか、効率と利得が改善される合成誘電率を実現するためにＤＲＩＥエッチングキャビティを下部に有する微細加工シリコン基板上に製造される。標準ＲＣＡ浄化処理を使用して基板を浄化した後で、基板には、下側と上側両方に金などの導体が電気めっきされる。次に、上側導体が、アンテナマスクによりパターン形成され、共通マイクロストリップエッチング技術を使用してエッチングされてアンテナアセンブリ１４が構成される。
【００８９】
発明者は、送信アセンブリ１０又は受信アセンブリ２０それぞれの入射レーダー信号２又は反射レーダー信号６の選択方向６６が、２つの制御可能な因子と関連付けられることが分かった。第１の因子は、ビームポート６０（即ち、ビームポートα，β，γ）のどれが、関連切替装置３６によって選択されるかである。第２の因子は、各アンテナアレイ１３０で動作可能なマイクロストリップパッチ１３２の数である。したがって、Rotmanレンズ１２のビームポート６０の数が、レンズキャビティ７４の物理パラメータによって制限され、発明者は、各アンテナアレイ１３０内のマイクロストリップパッチ１３２の数が制御され易いことが分かった。各アンテナアレイ１３０内のマイクロストリップパッチ１３２の数を修正することにより、レーダーシステム１００の選択方向６６の精度を高めることができる。
【００９０】
図１１に、本発明の更に他の実施形態による代替のパッチアンテナアセンブリ１４’が示され、ここで類似の構成要素を示すために類似の参照数字が使用される。パッチアンテナアセンブリ１４’は、図１０Ａに示されたパッチアンテナアセンブリ１４の同じアンテナアレイ１３０を含むが、図１１のパッチアンテナアセンブリ１４’は、更に、高周波の１つ又は複数のスイッチアレイを含む（ＲＦスイッチアレイ１４６）。
【００９１】
各ＲＦスイッチアレイ１４６は、各アンテナアレイ１３０のＲＦスイッチ１４８を含むように構成される。例えば、ＲＦスイッチアレイ１４６は、好ましい実施形態では、ＭＥＭＳ式単極単投（ＳＰＳＴ）スイッチのアレイを含むように構成されてもよい。各ＲＦスイッチ１４８は、各アンテナアレイ１３０内の２つのマイクロストリップパッチ１３２の間に挿入される。ＲＦスイッチアレイ１４６が、パッチアンテナアセンブリ１４’に挿入されたとき、各アンテナアレイ１３０は、２つのマイクロストリップ部分１５０に細分され、マイクロストリップ部分１５０が、ＲＦスイッチアレイ１４６の両側に配置される。実質的に、各ＲＦスイッチ１４８は、２つのマイクロストリップ部分１５０，１５０’、１５０”などの間に結合される。
【００９２】
ＲＦスイッチアレイ１４６が、制御部３０によってイネーブルされたとき、ＲＦスイッチアレイ１４６内の各ＲＦスイッチ１４８は、ＲＦスイッチアレイ１４６の両側に２つのマイクロストリップ部分１５０，１５０’，１５０”を接続することができ、その結果、多数のマイクロストリップパッチ１３２を有するアンテナアレイ１３０ができる。ＲＦスイッチアレイ１４６が、ディスエーブルされたとき、ＲＦスイッチ１４８はそれぞれ、ＲＦスイッチアレイ１４６の両側の２つのマイクロストリップ部分１５０，１５０’，１５０”を切断することができる。これにより、制御部３０は、パッチアンテナアセンブリ１４内で動作するマイクロストリップパッチ１３２の数を少なくするか長くすることができる。各アンテナアレイ１３０の長さを制御することによって、選択方向６６を調整することができる。
【００９３】
複数のＲＦスイッチアレイ１４６は、パッチアンテナアセンブリ１４によって利用されてもよい。図１１の好ましい実施形態では、パッチアンテナアセンブリ１４’は、２つのＲＦスイッチアレイ１４６を含む。パッチアンテナアセンブリ１４’は、複数のモード（又は、多様なモード）で動作できる。‘ＳＷＴ’と‘ＳＷ２’として示されたスイッチアレイ１４６は、制御部３０によって活動化されたとき、パッチアンテナアセンブリ１４を短レンジ機能から中間レンジ機能、長レンジ機能に切り換えるように再構成する。ＲＦスイッチアレイ１４６が両方とも開位置にあるとき、１つのアンテナアレイ１３０当たり４つのマイクロストリップパッチ１３２が短レンジカバレッジを提供する。ＲＦスイッチアレイ１４６‘ＳＷ１’が閉じられ、‘ＳＷ２’が開かれたとき、１つのアンテナアレイ１３０当たり８つのマイクロストリップパッチ１３２が、中間レンジカバレッジを提供する。最後に、両方のＲＦスイッチ１４６‘ＳＷ１’及び‘ＳＷ２’が閉じられたとき、１つのアンテナアレイ１３０当たり１２つのマイクロストリップパッチ１３２が、長レンジカバレッジを提供するように動作できる。図１１における再構成可能なパッチアンテナアセンブリ１４’の他の全ての性能パラメータは、図１０Ａに示された単一モードパッチアンテナアセンブリ１４のパラメータとやはり類似している。
【００９４】
多様モードで動作するレーダーシステム１００の好ましい実施形態の動作を、図１と図１２を参照して述べる。制御部３０は、様々な構成要素に適切な時間に制御信号を送信することによってレーダーシステム１００の動作を同期させるように作動される。信号発生器３２は、送信アセンブリ１０用の入力信号３１を生成することにより入射レーダー信号２を送信するプロセスを開始する。次に、入力信号３１は、切替装置３６Ｔによって、送信Rotmanレンズ１２Ｔの特定のビームポート６０  α，β，γに電気信号として導かれる。送信Rotmanレンズ１２Ｔに入る前に、電気信号は、各ビームポート６０内のマイクロ波相互接続素子８６によって電磁波に変換される。次に、電磁波が、送信Rotmanレンズ１２Ｔのキャビティレンズ７４を横切って伝播され、他の関連したマイクロ波相互接続素子８６によって電気信号に変換され、送信Rotmanレンズ１２Ｔからアレイポート６２で時間遅延同相電気信号として出る。次に、信号は、パッチアンテナアセンブリ１４に電気的に伝達され、入射レーダー信号２として電磁的に送信される。パッチアンテナアセンブリ１４Ｔは、パッチアンテナアセンブリ１４Ｔを２つ以上のセグメント１５０に細分化するために１つ又は複数のＲＦスイッチアレイ１４６で構成される。様々なＲＦスイッチアレイ１４６を連続した組み合わせで有効にイネーブルし、かつ／又は、ディスエーブルすることにより、各アンテナアレイ１３０内の接続されたマイクロストリップパッチ１３２の数が変化する。これにより、制御部３０は、入射レーダー信号２の選択方向６６を決定することができる。
【００９５】
ターゲット車両４に入射した後の反射レーダー信号６は、アンテナアレイ１４Ｒによって受信される。その後で、信号６は、類似の送信路を逆にたどって信号処理部４０に至る。次に、入射レーダー信号２と反射レーダー信号６が比較されて、レーダーシステム１００の経路内の任意のターゲット車両４の位置及び／又は速度が決定される。
【００９６】
前述したように、入射レーダー信号２と反射レーダー信号６の選択方向６６は、特定の各Rotmanレンズ１２に利用されたビームポート６０のビームポートα，β，γと、関連付けられたパッチアンテナアセンブリ１４の各アンテナアレイ１３０内でイネーブルされたマイクロストリップパッチ１３２の数とに依存する。制御部３０は、制御信号を切替装置３６とパッチアンテナアセンブリの両方に送ることによってRotmanレンズ１２Ｔのビームポート６０α，β，γのどれが利用されるかを決定して、ＲＦスイッチアレイ１４６に制御信号を送信することによって何個のマイクロストリップパッチ１３２がイネーブルされるかを決定する。ビームポート６０とＲＦスイッチアレイの様々な組み合わせを順繰りにすることによって、レーダーシステム１００は、広い視界（ＦＯＶ）でターゲットを識別することができる。
【００９７】
次に、図１２を参照すると、本発明の一実施形態によるレーダーシステム１００の動作のハイウェイ実例１２００が、実装８、例えばホスト車両８で示される。レーダーシステム１００は、ホスト車両８のバンパーアセンブリの好ましくは中央位置に取り付けられてもよい。レーダーシステム１００は、また、ホスト車両８のフード、後バンパー又は任意の他の場所に概略外向きに取り付けられてもよく、その結果、送信アセンブリ１０と受信アセンブリ２０は、入射レーダー信号２と反射レーダー信号６を送受信することができる。例えば、レーダーシステム１００は、ホスト車両８の前面、後面若しくは側面、又は前面グリル若しくは後面グリルに取り付けられてもよい。
【００９８】
道、例えばハイウェイをナビゲートする際、レーダーシステム１００は、車両のＦＯＶ内で幾つかターゲット車両４を識別することができる。レーダーシステム１００は、ビームポートα，β，γの様々なパラメータとＲＦスイッチアレイ１４６の組み合わせを順繰りにすることによって、ホスト車両に対して様々な距離レンジと異なる角度で対象物を検出することができる。
【００９９】
「表３：性能仕様」は、図１２のハイウェイ実例の好ましい実施形態におけるレーダーシステム１００の様々な性能仕様を列挙する。
【０１００】
【表３】
2013521508.tif 000005
【０１０１】
ビームポート６０  α，β，γはそれぞれ、された伝播方向と関連付けられる。例えば、特定のビームポートβは、パッチアンテナアセンブリ１４Ｔに対して直角の伝播方向（即ち、０°）と関連付けられる。同様に、特定のビームポート６０α及びγはそれぞれ、角度θ及び−θと関連付けられる。特定のビームポートα，β，γの組み合わせとイネーブルされたスイッチＳＷ１及びＳＷ２  １４６，１４６’は、入射レーダー信号２と反射レーダー信号６の選択方向６６を決定することができる。ＲＦスイッチアレイ１４６の様々な組み合わせを選択することによって、レーダーシステム１００が、短レーダーレンジ（ＳＲＲ）モード、中間レーダーレンジ（ＭＲＲ）モード、長レーダーレンジ（ＬＲＲ）モードなどの複数のモード（又は、多様なモード）で動作することができる。ビームポート６０とイネーブルされたＲＦスイッチアレイ１４６との様々な組み合わせの選択方向６６への影響は、「表４：多様モードでの選択方向の角度」に示されている。レーダーシステム１００は、各アンテナアレイ１３０内で動作可能なマイクロストリップパッチ１３２の数とRotmanレンズ１２Ｒ内のビームポート６０の配置と構成を慎重に選択することによって、代替実施形態で様々な角度で動作するように構成されてもよいことを理解されたい。更に、追加のＲＦスイッチアレイ１４６又はビームポート６０が使用される場合、レーダーシステム１００の追加の範囲が作成されてもよい。列挙された角度は、他の構成が可能なので、限定として解釈されるべきでない。例えば、ＭＲＲ及びＬＲＲモードには、ＭＲＲモードには２５°、ＬＲＲモードには１０°などのもっと広い角度が選択されてもよい。
【０１０２】
【表４】
2013521508.tif 000006
【０１０３】
次に、図１３Ａ、図１３Ｂ及び図１３Ｃを参照すると、レーダーシステム１００の動作が、好ましい実施形態による３つの異なる動作モードでの３つの異なる走査レンジ１３００，１３０２，１３０４として示される。ＳＲＲモードでは、図１３Ａに示されたように、‘ＳＷ１’（１４６）＝開で‘ＳＷ２’（１４６’）＝開のとき、ホスト車両８内のレーダーシステム１００は、車両８に比較的近いターゲット車両４を検出するために広い角度θを実現する。例えば、ＳＲＲモードは、車両８から０ｍ〜２０ｍの８０°ＦＯＶ内でターゲット車両４を検出するように構成されてもよい。これは、駐車時又は車両８に近接した車両の検出に有用なことがある。
【０１０４】
更に、ＳＲＲモードでの高分解能は、自律的又は半自律的運転に有用なことがある。車両のナビゲーションシステムが、事故を無くすか回避するために介入する必要がありえる状況では、高い確度と精度を表示するように動作可能なＳＲＲモードが、衝突回避システムの意志決定プロセスに組み込まれてもよい。
【０１０５】
ＭＲＲモードでは、‘ＳＷ１’（１４６）＝閉で‘ＳＷ２’（１４６’）＝開のとき、レーダーシステム１００は、中距離レンジのターゲット車両４を検出するように動作できる。例えば、図１３Ｂに示された実施形態では、ＭＲＲモードは、車両ホストの前の０ｍ〜８０ｍでターゲット車両４を検出するように設計される。この範囲は、通常の都市部の運転状態において車両又はターゲット車両４を検出するのに有効なことがある。更に、ＳＲＲモードのレンジの外側にあるターゲット車両４を検出することができる。
【０１０６】
最後に、図１３Ｃに示されたように、‘ＳＷ１’（１４６）＝閉で‘ＳＷ２’（１４６’）＝閉のときのＬＲＲモードが、ハイウェイ運転用に設計されてもよい。ＬＲＲモードでは、ホスト車両８が、０ｍ〜３００ｍ、好ましくは８０ｍ〜１５０ｍのレンジでターゲット車両４を検出することができる。更に、ＬＲＲモードは、最大２００ｍまでのターゲット車両４を検出するために使用されてもよい。ターゲット車両４をそのようなレンジで検出するために、発明者は、レーダーシステム１００が、高精度で入射レーダー信号２を導くか又は反射レーダー信号６を受信することを要求されることがあることが分かった。例えば、１５０ｍの距離にあるターゲット車両４を正確に検出するには、特定のビームポートαの選択方向６６αと特定のビームポートβの選択方向６６βと角度の差は、わずか２°である。したがって、送信アセンブリ１０内のRotmanレンズ１２と、１つ又は複数のＲＦスイッチアレイ１４６を含む構成可能なパッチアンテナアセンブリ１４とを含むレーダーシステム１００は、そのような分解能を提供することができる。
【０１０７】
レーダーシステムの性能を改善し、また重要なことにはリフレッシュレートを改善するために、帯域幅チャーピング（bandwidth chirping）を利用して、反射レーダー信号６を特定の入射レーダー信号２と関連付けるのを支援することもできる。帯域幅チャーピングは、周波数変調を使用して情報を符号化するスペクトル拡散技術である。帯域幅チャーピングは、周波数が線形に変化する正弦波信号を利用し、したがってレーダー信号又はパルスが長くなり、したがって高エネルギーになる。この手法の更に他の利点は、帯域幅チャーピングがドップラ効果の影響を受けにくいことである。好ましい実施形態では、信号発生器３２は、帯域幅チャーピングを利用する送信アセンブリ１０の入力信号３１を生成するように動作できる。制御部３０は、更に、例えば位相ロックループモジュール３４によって基準信号３３を生成する。基準信号３３は、中心が７７ＧＨｚの周波数掃引範囲を有する線形周波数変調連続波信号（ＬＦＭＣＷ）を生成する電圧制御発振器（ＶＣＯ）又は信号発生器３２を変調するために使用される。一実施形態では、掃引範囲が、−２ＧＨｚ〜２ＧＨｚ、好ましくは−１ＧＨｚ〜１ＧＨｚでもよい。
【０１０８】
図１２と図１３に関して述べたように、レーダーシステム１００は、長レンジ距離（即ち、８０ｍ〜１５０ｍ）用のＬＲＲ、中レンジ距離（即ち、２０ｍ〜８０ｍ）用のＭＲＲ、及び短レンジ距離（即ち、０ｍ〜２０ｍ）用のＳＲＲの３つの基本モードを使用する多様なモードで動作できることが好ましい。制御部３０は、レーダーシステム１００を制御して、あるモードから別のモードに特定の時定数で絶え間なく切り換えて近視野領域と遠視野領域を走査するアルゴリズムを実現するように動作する。例えば、制御部３０は、最初にビームポート６０を特定のビームポート６０  α，β，γのうちの１つに設定するようにレーダーシステム１００を操作してもよい。次に、レーダーシステム１００は、例えば表４に示されたように、各パッチアンテナアセンブリ１３０内のマイクロストリップパッチ１３２の数を変化させることによって、ＳＲＲ、ＭＲＲ及びＬＲＲの３つのモードを連続的に走査することができる。次に、制御部３０は、ビームポート６０を次のビームポートに切り替え、その後で次の特定のビームポートα，β，γにしたがって３つのモードを再び連続的に走査してもよい。このサイクルは、Rotmanレンズ１２内のビームポート６０のそれぞれにループしてもよい。更に、パターンは、無期限に繰り返してもよい。
【０１０９】
代替実施形態では、制御部３０は、最初に特定のモード（即ち、ＳＲＲ、ＭＲＲ、ＬＲＲ）を設定し、次に各特定のビームポートα，β，γを走査しその後で次のモードに移るように動作してもよい。ビームポート６０の全ての異なる可能な組み合わせと、任意数のビームポート６０のモードと、モード（例えば、ＳＲＲ、ＭＲＲ、ＬＲＲなど）を順繰りにする他のパターンが可能である。
【０１１０】
制御部３０は、更に、入力信号３１を調整して、帯域幅チャーピングを様々な多様モードとの組み合わせで利用することができる。入力信号３１は、ＳＲＲモード、ＭＲＲモード及びＬＲＲモードで送信される入射レーダー信号２の特定の帯域幅チャーピングパターン（即ち、チャープ）を送信するように、切替装置３６及びＲＦスイッチアレイ１４６のタイミングと同期される。例えば、制御部３０は、モードごとに各ビームポート（即ち、アップチャープで１ミリ秒、ダウンチャープで１ミリ秒）の２ミリ秒の掃引を行ってもよい。更に、制御部３０は、様々なモードで動作するとき（即ち、ＳＲＲモード、ＭＲＲモード及びＬＲＲモードのとき）に異なるパターンのチャープを送信してもよい。
【０１１１】
次に、図１４Ａを参照すると、帯域幅チャーピングを含む周波数波形１４００が示される。周波数波形１４００は、好ましい実施形態によるレーダーシステム１００への入力信号３１として使用されてもよい繰り返しＬＦＭＣＷ信号を示す。アップチャープ／ダウンチャープ／アップチャープ（例えば、０．５ミリ秒のアップチャープ、１ミリ秒のダウンチャープ、０．５ミリ秒のアップチャープ）の特定パターンは、レーダーシステム１００の特定のモード又は特定のビームポートα，β，γと関連付けられてもよい。モード（例えば、ＳＲＲ、ＭＲＲ及びＬＲＲ）ごとの周波数波形１４００で見られる様々な帯域幅は、例えば５００キロ・サンプル／秒で動作するＡＤＣなどの同じＡＤＣ４６を使用して全ての反射レーダー信号６の中間周波数をサンプリングできるように動作できる。
【０１１２】
図１４Ａに示された周波数波形１４００は、特定のビームポートα，β，γごとに繰り返された後で次の特定のビームポートβ，γ，αに切り換わる。短周期１５２は、レーダーシステム１００がＳＲＲモードで動作しているときに送信され、中間周期１５４は、レーダーシステム１００がＭＲＲモードで動作しているときに送信され、長周期１５６は、レーダーシステム１００がＬＲＲモードで動作しているときに送信される。レーダーシステム１００は、入力信号３１を受信する特定のビームポートα，β，γを切り換えるように動作し、ＳＲＲ周期１５２、ＭＲＲ周期１５４及びＬＲＲ周期１５６のサイクルを繰り返すように動作できる。周波数波形１４００は、複数のビームポート６０内の各ビームポートα，β，γに無期限に繰り返されてもよい。
【０１１３】
図１４Ａを参照すると、ＳＲＲモードは、好ましい実施形態で約１ＧＨｚのチャープ帯域幅を利用するように動作でき、その場合、ＳＲＲモードにおいて、レーダーシステム１００内で４つのマイクロストリップパッチ１３２が動作できる。ＳＲＲモードで検出されたターゲットが、ホスト車両８に最も近いとき、ＳＲＲモードの電力要件が最小にされる。
【０１１４】
ＭＲＲモードは、約１．２ＧＨｚのチャープ帯域幅を利用することができる。レーダーシステム１００でＭＲＲモードでは８つのマイクロストリップパッチ１３２が動作可能であり、これにより、高い指向性が提供される。
【０１１５】
ＬＲＲモードは、約２ＧＨｚのチャープ帯域幅を利用するように動作できる。最大距離にあるターゲット車両４に有効な中間周波数を得るには、チャープ帯域幅を大きくしなければならない。発明者は、より高い周波数を入力信号３１として使用することにより、レーダーシステム１００が、入射レーダー信号２をより高い出力で送信できることが分かった。入射レーダー信号２が強いほど、ターゲット車両４から反射されたときの反射レーダー信号６が強くなる（即ち、信号強度が大きくなる）。更に、最大パッチアンテナアセンブリ１４’は、動作の際に１２つのマイクロストリップパッチ１３２と共に利用され、それにより最大の指向性と小さい走査角度が提供される。
【０１１６】
本発明の異なる実施形態では、レーダーシステム１００が、周波数波形１４００の様々な変形を利用する様々な入力信号３１を利用してもよいことを理解されたい。例示的な波形１４００は、限定と解釈されるべきでない。例えば、代替の周波数波形１４５０を図１４Ｂに示す。
【０１１７】
次に、図１５Ａと図１５Ｂを参照すると、代替実施形態による代替ＬＦＭＣＷ信号１５００が示される。ＬＦＭＣＷ信号１５００は、送信アセンブリ１０への入力信号３１として使用されてもよい。図１４Ａと図１４Ｂに示された周波数波形１４００と対照的に、ＬＦＭＣＷ信号１５００は、レーダーシステム１００の様々なモード（例えば、ＳＲＲ、ＭＲＲ、ＬＲＲ）に一貫した帯域幅チャーピングを利用することができる。図１５に示されたように、各モードは、２ミリ秒のアップチャープとダウンチャープを受け取る。しかしながら、帯域幅チャーピングの線形周波数変調は、異なる特定のビームポート６０  α，β，γ全体に一貫している。
【０１１８】
反射レーダー信号６が、受信アセンブリ２０によって受信されたとき、受信アセンブリ２０から出力された信号は、最初にフィルタリングアセンブリ５０（図１）（即ち、混合器５２とＬＰＦ５４を有する）に渡される。前述したように、混合器５２は、送信アセンブリ１０によって送信された入力信号を受信アセンブリ２０から出力された信号と比較して、信号処理部４０によって使用される歪みを決定して、ターゲット位置、ターゲット速度及びターゲットレンジを決定する。次に、この組み合わされた信号は、フィルタリングされてもよい。フィルタリングされた混合信号は、図１５Ｂに示されたような周波数逓倍器回路１５５０に渡され、その後で信号処理部４０によって処理される。
【０１１９】
周波数逓倍器回路１５５０は、レーダーシステム１００の異なるモード（例えば、ＳＲＲ、ＭＲＲ及びＬＲＲ）ごとに別個の周波数逓倍器を含んでもよい。この動作モードでは、制御部３０は、処理装置４０による処理前に、各モードの出力された信号を分離し、出力信号の周波数に特定の係数を掛けて、返された信号を改善するように動作できる。更に、フィルタリングアセンブリ５０（即ち、混合器５２とＬＰＦ５４を有する）からの信号を、ＬＲＲ逓倍器１５３、ＭＲＲ逓倍器１５５又はＳＲＲ逓倍器１５７のいずれかに導くために、適切なスイッチ１５１が使用されてもよい。次に、信号は、更なる処理のために、ＡＤＣ４６と処理装置４０に送られてもよい。
【０１２０】
少なくとも１つの実施形態では、ＬＦＭＣＷ信号１５００の帯域幅チャーピングが、レーダーシステム１００をＳＲＲモードで動作させるのに十分なので、ＳＲＲ逓倍器１５７は不要になる。代わりに、返された信号が、スイッチ１５１からＡＤＣ４６に直接送られてもよい。
【０１２１】
ＬＲＲ逓倍器１５３、ＭＲＲ逓倍器１５５及びＳＲＲ逓倍器１５７の値は、全ての反射レーダー信号６の中間周波数を同じＡＤＣ４６を使用してサンプリングできるように選択されてもよい。例えば、周波数逓倍器回路１５５０の値は、ＬＦＭＣＷ信号１５００に対応するフィルタ混合信号を、図１４Ａに示された周波数波形１４００を使用して作成されるような同等の出力信号に変換するように選択されてもよい。
【０１２２】
図１に戻って簡単に参照すると、レーダーシステム１００の構成要素（例えば、信号発生器３２、切替装置３６、送信アセンブリ１０、及び受信アセンブリ２０）は、パッケージングのそれぞれのサイズ要件を最小にするように設計されている。生成／送信システム２００（図２Ａ）と受信／処理システム２５０（図２Ｂ）のRotmanレンズ１２と切替装置３６が、ＭＥＭＳ技術を使用して製造されるとき、これらの素子のフットプリントは小さい。同様に、ほとんどの構成要素が、ＩＣ製造工程を使用して製造されるので、様々な構成要素を単一ＩＣパッケージ内に収めることができる。
【０１２３】
次に、図１６Ａと図１６Ｂを参照すると、４層レーダーシステムパッケージ１６００が単一ＩＣパッケージ（デバイスパッケージ）で概略的に示される。もっと多いか又は少ない数の層が使用されてもよいことを理解されたい。送信アセンブリ１０と受信アセンブリ２０の両方のパッチアンテナアセンブリ１４が、最上層１９２に配置される。取り付けられたとき、入射レーダー信号２と反射レーダー信号６をターゲット車両４との間で送受信するために、２つのパッチアンテナアセンブリ１４Ｔ，１４Ｒが外向きにされる。
【０１２４】
送信アセンブリ１０と受信アセンブリ２０の２つのRotmanレンズ１２Ｔ，１２Ｒが、異なる層に別々に配置されてもよい（図１６Ｂ）。送信アセンブリ１０内のRotmanレンズ１２Ｔと受信アセンブリ２０内のRotmanレンズ１２Ｒを分離するために、レーダーシステム１００の追加の構成要素を収容する層が、２つのRotmanレンズ１２Ｔ，１２Ｒの間に挟まれてもよい。これは、ＲＦ信号をRotmanレンズ１２のそれぞれから分離することによって、レーダーシステム１００のＲＦ性能を改善することがある。例えば、送信アセンブリ１０と受信アセンブリ２０の分離により、４０ｄＢ以上になることがある。
【０１２５】
更に、信号発生器３２、切替装置３６Ｔ，３６Ｒ、制御部３０、信号処理部４０などのレーダーシステム１００の他の構成要素を収容するために、追加の層が使用されてもよい。様々な構成要素は、単一ＡＳＩＣに一体化されてもよく、異なるチップパッケージ１６２，１６４，１６６に分離されてもよい。
【０１２６】
レーダーシステムパッケージ１６００は、全ての構成要素又はレーダーシステム１００を含んでもよい。そのようなシステムでは、レーダーシステムパッケージ１６００への入力が、出力と制御入力数に限定されることがあり、出力が、ドライバ通知４２に必要でかつ／又はＣＡＮバス４４を介して送るのに必要な処理済みレーダー信号に限定されることがある。その場合、レーダーシステムパッケージは、選択されたホスト車両８に取り付けられてもよい。レーダーシステムパッケージ１６００は、車両の前面及び／又は後面に取り付けられてもよい。更に、レーダーシステムパッケージ１６００は、最上層１９２が対象のＦＯＶの方に向けられるように、車両のほぼ外向きの任意の部分に取り付けられてもよい。必要に応じて、レーダーシステムパッケージを天候や小さな衝撃などの破損から守るために、１つ又は複数の保護対策を使用してもよい。そのような保護対策は、レーダーシステム１００の動作を著しく干渉して動作を抑制してはならない。
【０１２７】
代替の実施形態では、制御部３０及び／又は信号処理部４０は、外部の制御と処理のためにレーダーシステムパッケージ１６００から取り除かれてもよい。この構成は、ナビゲーションシステム、車両及び他の実装に組み込まれるときに追加の柔軟性を提供することがある。更に、必要に応じて、制御部３０／又は信号処理部４０の選択された部分が、レーダーシステムパッケージ１６００に含まれてもよい。例えば、基本フィルタリングを実施しアナログデジタル変換を実施する信号処理部４０の一部が、レーダーシステムパッケージ１６００に含まれてもよい。次に、信号処理部４０は、未処理のデジタル・データを、更なるデジタル信号処理のためにレーダーシステムパッケージ１６００の外部に出力してもよい。
【０１２８】
レーダーシステムパッケージ１６００内に実装されたレーダーシステム１００が、多くの利点を提供するようにシミュレートされた。レーダーシステムパッケージは、小さいフォームファクタを有するように設計されてもよい。例えば、図１６Ａと図１６Ｂに示されたレーダーシステムパッケージ１６００は、３０ｍｍ×４０ｍｍ×１０ｍｍの寸法を有すると同時に厳しい天候で優れた分離性能、低消費電力要件、及び高いシステム安定性を実証する。送信アセンブリ１０と受信アセンブリ２０が、受動的Rotmanレンズ１２に依存するので、先行技術のシステムで必要とされたようなビーム形成用の付加的なマイクロエレクトロニクス信号処理は必要ない。
【０１２９】
更に、レーダーシステム１００は、短い更新率で動作できる。例えば、レーダーシステム１００の更新率は、６．８ミリ秒以下でよい。これは、更新率が５０ミリ秒以上の場合がある先行技術のシステムに匹敵し好ましい。
【０１３０】
最後に、レーダーシステム１００は、バッチ製作工程を使用して製造されてもよい。構成要素の全て又は大部分を単一パッケージ内で集積回路及びＭＥＭＳ技術を使用して構成することができるので、レーダーシステムパッケージ１６００の製造コストを削減することができる。
【０１３１】
Rotmanレンズ１２を製造する別の方法は、図１７Ａと図１７Ｂに、ＤＲＩＥエッチングと熱圧着を使用する代わりに微小成形法を使用する代替実施形態で示される。微小成形法１７００は、レンズ１２の適切なキャビティを様々な材料から作成することを可能にする。図６に述べられ図７Ａ〜図７Ｄに示された方法で使用される基板６８は、典型的には、ウェハと集積回路に共通の材料から選択されるが、微小成形法は、高分子など使用してもよい。例えば、微小成形法は、加熱可塑性材料、熱硬化性樹脂、エラストマなどの高分子１７２を使用してもよい。Rotmanレンズ１２が、最終的に、金層７２などの導体で被覆されるので、Rotmanレンズ１２自体を構成するための材料要件はない。
【０１３２】
次に、図１７Ａを参照すると、微小金型１７８は、典型的には、２つの連結部品からなる。第１の部品１８０と第２の部品１８２が合わさって、微小金型１７８内にキャビティ１８４を構成する。更に、２つの連結部品１８０，１８２の一方は、高分子１７２が注入されてもよい開口１８６を有する。
【０１３３】
射出成形装置１７００を使用する射出成形によってRotmanレンズ１２を微小成形する基本工程を図１７Ａに示す。射出成形装置１７００は、通常、ツールを保持する締付けプレスを有する。締付け力は、通常、成形領域１平方インチ当たり２〜３トンの範囲である。射出部１７０は、オーガ型テーパ付きスクリュー１７４であり、樹脂又は高分子１７２がねじの先端まで下がるときにフライトの体積が減少する。スクリュー・バレル１７６は、高分子１７２の融点より高い温度（通常は、樹脂により４５０°Ｆ〜６５０°Ｆ）に加熱され、高分子が、スクリュー・バレル１７６の長さより下にねじ込まれたとき、高分子は、圧力で溶融され混合される。スクリュー・バレル１７６の先端には一方向弁があり、高分子１７２は、一方向弁から押し出されて、スクリュー・バレル１７６の前でスクリュー１７４より前に蓄積される。高分子１７２は、スクリュー・バレル１７６の先端にある一方向弁によってスクリュー・バレル１７６内に維持される。高分子１７２が蓄積するとき、高分子１７２は、スクリュー１７４をスクリュー・バレル１７６の内側に押し返す。スクリュー１７４の前に十分な材料が蓄積されたとき、ツールが閉じられ、スクリュー・バレル１７６の先端にある弁が開かれ、スクリュー１７４が前方に押されて、スクリューの前でテーパ付けされ蓄積された溶融高分子１７２が、一方向弁によって微小金型１７８のキャビティ１８４内に押される。射出圧力は、特定の高分子１７２と使用される微小成形工程により３，５００〜３５，０００ｐｓｉでよい。射出圧力は、典型的には、微小成形工程の射出及び凍結サイクルの間に変更される。
【０１３４】
微小金型１７８は、微小金型１７８内を通る水充填冷却チャネル（図示せず）によって冷却され、高分子１７２が、固化して固体に戻るほど十分に冷却されたときに、微小金型１７８が開けられ、射出成形部品１９０が、機械式排出システムによって取り出される。図１７Ｂに示されたように、Rotmanレンズ１２の下部７００は、射出成形装置１７００を使用して製造されてもよい。上部７０２も同様に製造されてもよい。
【０１３５】
溶融高分子１７２の高圧力と低粘性によって、微小成形法を使用してきわめて正確で細密な形状を成型することができる。更に、微小成形法を使用することにより、Rotmanレンズ１２を形成する信頼性を高めることができる。
【０１３６】
Rotmanレンズ１２のキャビティが形成された後で、厚さ３マイクロメートルの金層が、下部７００と上部７０２の両方にスパッタ蒸着又は電気めっきされる。他の真空金属化形態を使用してもよい。下部７００と上部７０２は、図７Ａと図７Ｂに関して述べたRotmanレンズ１２と類似の方法で金属化されてもよい。最後に、上部７０２と微小成形下部７００が接合される。図７Ｃに関して述べたように、Rotmanレンズ１２の上部を下部に接合するには熱圧着が使用されてもよい。
【０１３７】
明示されていない代替実施形態では、複数のレーダーシステム１００が、ナビゲーションシステムの一部としてホスト車両８に取り付けられてもよい。ナビゲーションシステムのＦＯＶを大きくするために、複数のレーダーシステム１００が重複するカバレッジを有してもよい。例えば、バンパーアセンブリの前面と側面などの車の前面に、複数のレーダーシステム１００が前向きで配置される。複数のレーダーシステムを使用することにより、異なるＦＯＶ内で追加のターゲット車両４を検出する追加のレーダー信号が提供される。ナビゲーションシステム内のそのようなレーダーシステム１００は、レーダーシステムが、単一レーダーシステム１００だけより大きいカバレッジを提供するように、異なる周波数で動作してもよく、信号を分離する多重化又は他の方法を利用してもよい。異なる周波数を使用するナビゲーションシステムは、送受信する複数のレーダー信号間の分離を高め干渉を減少させることができる。例えば、複数のレーダーシステムを互いに積み重ねて、連続的な実時間の半球状又は球状カバレッジ又は３６０°ＦＯＶを提供することができる。代替実施形態は、単一レーダーシステム１００を使用するナビゲーションシステムよりも改善されたＦＯＶを提供することができる。
【０１３８】
次に、図１８を参照すると、更に他の実施形態によるレーダーシステム１００が概略的に示され、ここで、類似の参照番号は類似の構成要素を示すために使用される。システム１００は、送信アセンブリ１０と受信アセンブリ２０を含む。システムは、図１６Ａと図１６Ｂに示されたレーダーシステムパッケージ１６００で実現されてもよい。送信アセンブリ１０と受信アセンブリ２０はそれぞれ、Rotmanレンズ１２Ｔ，１２Ｒ及びパッチアンテナアセンブリ１４Ｔ，１４Ｒを含む。使用において、電力信号は、レーダーシステム１００（±１２Ｖ又は±２４Ｖなど）、ホスト車両８（図１２）によって、又は別々に１つ若しくは複数のバッテリ（図示せず）によって提供されてもよい。レーダーシステム１００への入力は、掃引信号入力３２０と走査信号入力３２２を含んでもよい。出力信号は、ＤＩＧ  ＢＢＯ信号を含んでもよい。他の信号が可能であるとことを理解されたい。
【０１３９】
図１９は、類似の参照番号が類似の構成要素を示すために使用されるとき、更に他の実施形態によるレーダーシステム１００を示す。図１９では、汎用Rotmanレンズ１２が、送信動作モードと受信動作モードの両方で動作できる。同様に、汎用パッチアンテナアセンブリ１４が、送信モードと受信モードの両方で動作できる。したがって、発明者は、レーダー信号の送受信両方に単一Rotmanレンズ１２と単一パッチアンテナアセンブリ１４を利用することによって、レーダーシステム１００のサイズとコストを更に削減できることが分かった。
【０１４０】
図１９では、Rotmanレンズ１２とパッチアンテナアセンブリ１４が、単一送信／受信アセンブリ３２８の一部として動作する。送信／受信アセンブリ３２８が、更に、Rotmanレンズ１２をパッチアンテナアセンブリ１４に接続するために、入力導波路３３０、出力導波路３３２、及び適切なマイクロ波相互接続素子８６（図４）を更に含むことを理解されたい。受信信号から送信信号を分離しかつ信号の適正な方向を保証するために、サーキュレータ３５０が、サーキュレータ／スイッチアセンブリの一部として、切替装置３６と共に提供される。
【０１４１】
切替装置３６は、入力信号３１（図１）を送信／受信アセンブリ３２８に接続するときは送信切替装置として動作し、反射レーダー信号６（図１）を装置信号処理部に導くときは受信切替装置として動作する。制御動作と信号処理動作を実施する（制御部３０と信号処理部４０を構成する）ためにトランシーバ３３４とＡＳＩＣ３３６が提供される。
【０１４２】
この開示は、本発明の特定の好ましい実施形態について述べ示したが、本発明が、これらの特定の実施形態に限定されず、より正確に言えば、本発明は、特定の実施形態の機能的又は機械的等価物である全ての実施形態と、本明細書で述べられ図示された特徴を含むことを理解されたい。本発明を定義するため、添付の特許請求の範囲が参照されてもよい。
【０１４３】
本発明の様々な特徴を、本発明の実施形態のどちらかに関して説明したが、本発明の様々な特徴と実施形態は、本明細書で述べ図示した本発明の他の特徴及び実施形態と組み合わされて使用されてもよいことを理解されたい。更に、方法を一連の工程として特定の順序で示したが、工程が、当業者に知られているような様々な順序で行われてもよいことを理解されたい。述べた順序は限定として解釈されるべきではない。
【０１４４】
排他的所有権又は特権を請求する本発明の実施形態は、以下のように定義される。
【図１】
2013521508.tif 000007
【図２Ａ】
2013521508.tif 000008
【図２Ｂ】
2013521508.tif 000009
【図３Ａ】
2013521508.tif 000010
【図３Ｂ】
2013521508.tif 000011
【図４】
2013521508.tif 000012
【図５】
2013521508.tif 000013
【図６】
2013521508.tif 000014
【図７Ａ】
2013521508.tif 000015
【図７Ｂ】
2013521508.tif 000016
【図７Ｃ】
2013521508.tif 000017
【図８】
2013521508.tif 000018
【図９】
2013521508.tif 000019
【図１０Ａ】
2013521508.tif 000020
【図１０Ｂ】
2013521508.tif 000021
【図１１】
2013521508.tif 000022
【図１２】
2013521508.tif 000023
【図１３Ａ】
2013521508.tif 000024
【図１３Ｂ】
2013521508.tif 000025
【図１３Ｃ】
2013521508.tif 000026
【図１４Ａ】
2013521508.tif 000027
【図１４Ｂ】
2013521508.tif 000028
【図１５Ａ】
2013521508.tif 000029
【図１５Ｂ】
2013521508.tif 000030
【図１６Ａ】
2013521508.tif 000031
【図１６Ｂ】
2013521508.tif 000032
【図１７Ａ】
2013521508.tif 000033
【図１７Ｂ】
2013521508.tif 000034
【図１８】
2013521508.tif 000035
【図１９】
2013521508.tif 000036
【国際調査報告】
2013521508.tif 000037
2013521508.tif 000038