(57)【要約】【課題】アンテナとの接続線路に導波管を用いたミリ波帯送受信機において、マイクロストリップ線路のＴＥＭ波と導波管のＴＥ０１の伝播モード線路変換を行う必要がある。マイクロストリップ線路と導波管の接続にλ/４整合器のみで損失低減を図るには限界がある。【解決手段】マイクロストリップ線路のＴＥＭ波と導波管のＴＥ０１の伝播モード線路変換において、断面形状がほぼ同サイズで、５０Ωのマイクロストリップ線路の場合、導波管の特性インピーダンスとしては８割程度の４０Ωの時、線路変換損失の最適化が実現できる。よって、マイクロストリップ線路と導波管を接続には、λ/１６以下の長さの低インピーダンスのリッジ形導波管を介して、λ/４整合器を用いて接続する。【選択図】図１
2008141340.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロストリップ線路と、標準導波管と、これらの間に位置する伝播モード変換部とを有して成り、
前記伝播モード変換部は変換用導波管を含んで構成されており、
該変換用導波管の特性インピーダンスは前記マイクロストリップ線路の特性インピーダンスと同等以下である
ことを特徴とするミリ波帯送受信機。
【請求項２】
請求項１において、
前記伝播モード変換部は、前記マイクロストリップ線路と前記変換用導波管のリッジ導波管を直角に接続した垂直変換器である、
ことを特徴とするミリ波帯送受信機。
【請求項３】
請求項２において、
前記リッジ導波管は、断面の開口部の短手長さが前記マイクロストリップ線路の誘電体厚みの２倍以下である
ことを特徴とするミリ波帯送受信機。
【請求項４】
請求項２において、
前記リッジ導波管は、断面の開口部の短手長さが前記マイクロストリップ線路の誘電体厚みの２倍以上であり、該リッジ導波管断面の長手の一辺もしくは両辺の中央部付近に、前記開口部の最近接部の距離を前記誘電体厚みの２倍以下とするリッジが前記矩形中心に向かって形成されて成る
ことを特徴とするミリ波帯送受信機。
【請求項５】
請求項２において、
前記リッジ導波管は、断面の開口部の長手の一辺もしくは両辺の中央部付近に、前記開口部の最近接部の距離を前記誘電体厚みの２倍以下とする一対のリッジが前記矩形中心に向かって形成されて成り、
前記一対のリッジの一方の幅は前記マイクロストリップ線路の幅の２倍以下であり、
前記他方のリッジの幅は前記一方のリッジの幅の２倍以上である
ことを特徴とするミリ波帯送受信機。
【請求項６】
請求項１において、
前記伝播モード変換部と前記標準導波管の間に、λ/４整合器が接続されて成り、
該λ/４整合器の特性インピーダンスは、前記伝播モード変換部のリッジ導波管及びマイクロストリップ線路の特性インピーダンスよりも高インピーダンスでかつ前記標準導波管の特性インピーダンスよりも低インピーダンスである
ことを特徴とするミリ波帯送受信機。
【請求項７】
請求項１において、
多層基板と伝熱プレートとが積層されて成り、
前記多層基板に、前記伝播モード変換部と、第１のλ/４整合器が設けられて成り、
該第１のλ/４整合器の特性インピーダンスは、前記変換用導波管のリッジ導波管及びマイクロストリップ線路の特性インピーダンスよりも高インピーダンスでかつ前記標準導波管の特性インピーダンスよりも低インピーダンスであり、
前記伝熱プレートには、前記標準導波管の特性インピーダンスよりも低インピーダンスで、前記第１のλ/４整合器の特性インピーダンスよりも高インピーダンスの導電性導体による第２のλ/４整合器が形成されて成る
ことを特徴とするミリ波帯送受信機。
【請求項８】
請求項７において、
前記第１のλ/４整合器の開口部形状と前記第２のλ/４整合器の開口部形状が点対称でかつ非相似形である、
ことを特徴とするミリ波帯送受信機。
【請求項９】
請求項２において、
前記マイクロストリップ線路の対向ＧＮＤ電極となる金属導体のエッジ近辺で、かつ、前記マイクロストリップ線路よりも特性インピーダンス値が小さいリッジ導波管と接続する直前に、前記マイクロストリップ線路よりも幅広の金属導体パターンが配置されて成る
ことを特徴とするミリ波帯送受信機。
【請求項１０】
請求項７において、
前記第１のλ/４整合器が前記多層基板内に設けられたテーパ型インピーダンス整合器である
ことを特徴とするミリ波帯送受信機。
【請求項１１】
請求項１において、
ＲＦ回路と、アンテナと、該アンテナの入出力端である前記標準導波管と、前記ＲＦ回路のミリ波信号線路である前記マイクロストリップ線路と、前記標準導波管と前記変換用導波管の間に接続されたλ/４整合器を備えて成り、
前記λ/４整合器の特性インピーダンスは、前記マイクロストリップ線路の特性インピーダンスと前記標準導波管の特性インピーダンスの中間値である
ことを特徴とするミリ波帯送受信機。
【請求項１２】
請求項１において、
多層基板と、
ＲＦ回路制御基板と、
該ＲＦ回路制御基板及び前記多層基板の表層に設けられた前記ＲＦ回路と、
該多層基板の裏面側に接続されたアンテナと、
該多層基板の内層に設けられた前記伝播モード変換部の変換用導波管及びλ/４整合器とを備えて成り、
該変換用導波管及びλ/４整合器の導波管は、誘電体膜と金属導体膜が交互に積層され、前記金属導体膜に抜きパターンが形成され、ビアを介して前記金属導体膜間の電気的接続を図ることにより、前記多層基板裏面まで貫通するよう導波管形状に形成されて成る
ことを特徴とするミリ波帯送受信機。
【請求項１３】
請求項２において、
前記垂直変換器は、導波管断面の長手の辺の一辺もしくは両辺の中央部付近に突出したリッジを有して成り、前記マイクロストリップ線路よりも特性インピーダンス値が小さいリッジ導波管を備えて成り、
該リッジ導波管は、誘電体膜と金属導体膜を交互に積層した多層基板内に形成されて成り、
前記突出したリッジ部の長さは、該リッジ導波管の開口部の矩形長手辺の端面からλ/４以下であり、
前記多層基板内には、電気的接続用のビアを前記突出方向に複数個配置した
ことを特徴とするミリ波帯送受信機。
【請求項１４】
請求項１において、
多層基板と、
該多層基板の裏面側に接続されたアンテナと、該アンテナの入出力端である前記標準導波管と、
該多層基板の表層に設けられたミリ波信号線路である前記マイクロストリップ線路と、該多層基板の内層に設けられた前記伝播モード変換部の変換用導波管及び第１のλ/４整合器と、伝熱プレートと、アンテナ補助プレートを備えて成り、
前記第１のλ/４整合器の特性インピーダンスは、前記マイクロストリップ線路の特性インピーダンスと前記標準導波管の特性インピーダンスの中間値であり、
前記多層基板、伝熱プレート、アンテナ補助プレートの少なくとも１個以上の部材に、入出力端での特性インピーダンス比が３以下の第２のλ/４整合器を複数個有して成り、
該第２のλ/４整合器により、前記第１のλ/４整合器と前記標準導波管とが接続されて成る
ことを特徴とするミリ波帯送受信機。
【請求項１５】
ＲＦ回路と、複数のアンテナと、該各アンテナの入出力端である標準導波管と、前記ＲＦ回路と前記各標準導波管の間に夫々接続された伝播モード変換部とを含みレーダ機能を有するミリ波帯送受信機を備えて成り、
前記伝播モード変換部は、前記ＲＦ回路のマイクロストリップ線路とリッジ導波管とを直角に接続した垂直変換器で構成されており、
該リッジ導波管の特性インピーダンスは前記マイクロストリップ線路の特性インピーダンスと同等以下である
ことを特徴とする車積レーダ。
【請求項１６】
請求項１５において、
前記ＲＦ回路と前記各アンテナが伝熱プレートを挟んで上下に重ねて配置されて成り、
前記垂直変換器とλ/４整合器により接続線路を構成して成る
ことを特徴とする車積レーダ。
【請求項１７】
請求項１５において、
前記標準導波管と前記伝播モード変換部のリッジ導波管との間に接続された第１のλ/４整合器と、多層基板と、伝熱プレートと、アンテナ補助プレートを備えて成り、
前記第１のλ/４整合器の特性インピーダンスは、前記マイクロストリップ線路の特性インピーダンスと前記標準導波管の特性インピーダンスの中間値であり、
前記多層基板、伝熱プレート、アンテナ補助プレートの少なくとも１個以上の部材に、入出力端での特性インピーダンス比が３以下の第２のλ/４整合器を複数個有して成り、
該第２のλ/４整合器により、前記第１のλ/４整合器と前記標準導波管とが接続されて成る
ことを特徴とする車積レーダ。
【請求項１８】
車両に搭載されレーダ機能を備えた少なくとも１個のミリ波帯送受信機と、
前記ミリ波帯送受信機からの情報に基づいて当該車両を制御する電子回路とを備えて成り、
前記ミリ波帯送受信機が、
ＲＦ回路と、複数のアンテナと、該複数のアンテナの各入出力端である標準導波管と、前記ＲＦ回路と前記各標準導波管の間に夫々接続された伝播モード変換部とを有して成り、
前記伝播モード変換部は、前記ＲＦ回路のマイクロストリップ線路とリッジ導波管とを直角に接続した垂直変換器で構成されており、
該リッジ導波管の特性インピーダンスは前記マイクロストリップ線路の特性インピーダンスと同等以下である
ことを特徴とする車両。
【請求項１９】
請求項１８において、
前記ＲＦ回路と前記複数のアンテナが伝熱プレートを挟んで上下に重ねて配置されて成り、
前記垂直変換器とλ/４整合器により前記ＲＦ回路と前記アンテナの接続線路を構成して成る
ことを特徴とする車両。
【請求項２０】
請求項１９において、
前記ＲＦ回路と前記λ/４整合器とが多層基板で構成されて成り、
前記多層基板が伝熱プレートを介してアンテナ補助プレートの一方の側に装着され、前記複数のアンテナが前記アンテナ補助プレートの他方の側に装着されて成る
ことを特徴とする車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伝送路にマイクロストリップ線路と導波管線路を用いるミリ波帯送受信機及びそれを用いた車載レーダ及び車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロストリップ線路と導波管との線路変換器として、特許文献１や特許文献２に記載された例がある。特許文献１の第１の実施例を図２４に、第２の実施例を図２５に示す。この従来例では、誘電体リッジ導波管２１１を介してマイクロストリップ線路２１０と外部導波管２１２を接続する構造を採用している。図２４の線路変換器は、外部導波管２１２の上部に積層された多層誘電体基板２０１ｂと、その上側に積層された誘電体基板２０１ａと、この誘電体基板２０１ａの下面に積層された地導体パターン２０２と、誘電体基板２０１ａの表層に積層されたストリップ導体パターン２０３と、多層誘電体基板２０１ｂの各層に設けられた導波管形成用導体パターン２０４ａ、２０４ｂと、リッジ形成用導体パターン２０５ａ、２０５ｂと、地導体パターン２０２に設けられた地導体パターン抜き部２０６と、導波管形成用導体パターン２０４ｂに設けた導体パターン抜き部２０７、及び、導波管形成用ビア２０８、リッジ形成用ビア２０９を備えている。誘電体基板２０１ａの上下に配した、ストリップ導体パターン２０３と地導体パターン２０２は、マイクロストリップ線路２１０を構成する。誘電体基板２０１ａ、多層誘電体基板２０１ｂ、地導体パターン２０２、導波管形成用導体パターン２０４ａ,２０４ｂ、リッジ形成用導体パターン２０５ａ,２０５ｂ、及び導波管形成用ビア２０８とリッジ形成用ビア２０９は、誘電体リッジ導波管２１１を構成する。
【０００３】
図２５の線路変換器は、リッジ形成用ビア２０９ａ、２０９ｂを備えており、このリッジ形成用ビア２０９ａ、２０９ｂは、誘電体リッジ導波管２１１を構成し、２段のインピーダンス変成器として動作する。
【０００４】
特許文献２に記載された例は、マイクロストリップ線路（高周波用線路導体）と導波管との線路変換器として、接続用線路導体がマイクロストリップ線路と同じ伝送方向で平行に配設され、接続部分の導波管線路において上下の主導体層間の間隔を狭くしたいわゆるリッジ導波管を階段状に構成したものである。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２-２０８８０７号公報
【特許文献２】特開２０００-２１６６０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
導体損失抑制の観点で設計された標準導波管は、特性インピーダンスが数百Ωである。標準導波管と直接接続するには、反射損失が低損失になるよう、外部導波管（例えば図２４の外部導波管２１２）の特性インピーダンスを標準導波管の特性インピーダンスと同程度とする。一方、マイクロストリップ線路の特性インピーダンスは、計測システムやＲＦ（Radio Frequency）回路のＩＣとのマッチングを考慮して５０Ωで設計する場合が多い。このような特性インピーダンスが異なる伝送線路の接続には、λ/４変換器を用いる。
【０００７】
特性インピーダンスＺ１の伝送線路と、特性インピーダンスＺ２の伝送線路を接続する場合、λ/４変換器は特性インピーダンス値がＺ３(：Ｚ３=√(Ｚ１＊Ｚ２))となるλ/４長さの線路である。各々の特性インピーダンスの大小関係は式（１）の通りである。
【０００８】
Ｚ２＜Ｚ３＜Ｚ１      ………（１）
特許文献１の例では、外部導波管２１２の特性インピーダンスをＺ１、マイクロストリップ線路２１０の特性インピーダンスをＺ２とした場合、誘電体リッジ導波管２１１の特性インピーダンスはＺ３となり、Ｚ１とＺ２の中間値であることがわかる。誘電体リッジ導波管２１１の特性インピーダンスを外部導波管よりも低インピーダンス化する手段として、導波管断面の矩形短手距離を単純に短くすることも可能であるが、マイクロストリップ線路と伝播モードが近似するリッジ形導波管が理想的であり、従来例でもこのような構成を採用している。
【０００９】
ただ、外部導波管２１２とマイクロストリップ線路２１０のインピーダンス比が大きい場合は、反射損失が増え、線路変換器の損失を最小限に抑制することが難しい。特許文献１の例では、この問題を解決するため、図２５に示すように、誘電体リッジ導波管２１１を形成するリッジ形成用ビア２０９ａ、２０９ｂそれぞれの長さをλ/４とし、誘電体リッジ導波管２１１を分割している。すなわち、外部導波管２１２とマイクロストリップ線路２１０の間に、特性インピーダンスの異なる誘電体リッジ導波管を複数縦列接続し、特性インピーダンス比を抑えることで、線路変換部の損失抑制を図っている。
【００１０】
ところで、マイクロ波・ミリ波の無線送受信機は車載レーダや、車々間通信などの高周波送受信モジュールとして利用が拡大している。通信分野では特にミリ波帯での通信容量および通信速度が注目されており、送受信機として低コストのモジュール実装技術が要望されている。
【００１１】
ミリ波送受信機の多様性から、汎用性のあるＲＦ回路とアンテナを分割し、ＲＦ回路とアンテナの個々の組合せにより設計仕様に対応することにより、送受信機の低コスト化が促進される。ＲＦ回路とアンテナを分割すると、それらを接続するミリ波伝送路が必要となるが、同軸線路、導波管、並行平板、マイクロストリップ線路、コプレーナ線路等の多種多様な伝送線路をミリ波帯でも利用可能である。これらの中で、導波管は、相対的に線路断面形状が大きく、組立加工誤差に対しロバスト設計が可能であり、最も適した伝送線路と言える。
【００１２】
このような利点を有する導波管をＲＦ回路−アンテナ接続に用いる場合の課題として、マイクロストリップ線路と導波管各々の伝送線路の特性インピーダンスと伝送モードの変換による損失低減対策があげられる。
【００１３】
例えば、アンテナとの接続線路に導波管を用いたミリ波帯送受信機において、ＩＣ実装部はマイクロストリップ線路で回路設計を行うため、マイクロストリップ線路のＴＥＭ波と導波管のＴＥ０１の伝播モード線路変換を行う必要がある。従来は、ミリ波帯のインピーダンス整合手段であるλ/４整合器を用いて、各々の線路の特性インピーダンスのマッチングを図り、実装損失を低減していた。特性インピーダンス差の大きい伝送線路の接続には、図２５に示したように、複数のλ/４変換器を用いて線路変換器を形成し、反射損失の低減を図ることも知られている。
【００１４】
図１３に、一般的なλ/４変換器を用いた線路変換器の反射特性を示す。低インピーダンスの導波管と３８０Ωの標準導波管をλ/４変換器を用いて接続すること想定しており、低インピーダンス導波管は、特性インピーダンスが４０Ω、１０８Ω、１５８Ω、２０３Ωの４種を用いてシミュレーションを行った結果である。特性インピーダンス比が約２倍の２０３Ω導波管との接続では、反射損失が-３４ｄＢであるが、特性インピーダンス比が約９倍の４０Ωでは-１１ｄＢまで反射損失が悪化することがわかる。例えば、５０Ωのマイクロストリップ線路と３８０Ωの標準導波管を想定した場合、特性インピーダンス比は約８倍と大きいため、反射損失を-２０ｄＢ以下を維持するには、特性インピーダンス比が３程度≒３８０/１０８のλ/４変換器を２個以上用いる必要がある。Ｚ１=３＊Ｚ２とすると、λ/４変換器の特性インピーダンスＺ３は式（２）の通りとなる。
【００１５】
【数１】
2008141340.tif 000003
【００１６】
よって、マイクロストリップ線路と最初に接続されるλ/４変換器の特性インピーダンスは、５０Ωの√(３)倍の８６Ωの導波管となる。
【００１７】
このように、マイクロストリップ線路と導波管の伝送線路の接続において、λ/４整合器のみで損失低減を図るには限界があり、ミリ波帯送受信機に対する要求仕様を満足するには不十分であった。
【００１８】
また、車載レーダとして、近距離レーダや、遠距離レーダあるいは車−公共通信網と信号の送受システムとして利用するために、通過帯域の広帯域化、放射損失の低減を促進し、さまざまな環境下における使用に適した低コストのミリ波帯送受信機や車載レーダが必要とされている。
【００１９】
本発明の主たる解決課題は、マイクロストリップ線路と導波管の線路変換において、マイクロストリップ線路のＴＥＭ波と導波管ＴＭ０１波の伝播モード変換で生じる線路変換損失を低減することの出来るミリ波帯送受信機及びそれを用いた車載レーダ及び車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の代表的なものの一例を示せば以下の通りである。即ち、本発明のミリ波帯送受信機は、マイクロストリップ線路と、標準導波管と、これらの間に位置する伝播モード変換部とを有して成り、前記伝播モード変換部は変換用導波管を含んで構成されており、該変換用導波管の特性インピーダンスは前記マイクロストリップ線路の特性インピーダンスと同等以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、マイクロストリップ線路と導波管の線路変換において、マイクロストリップ線路のＴＥＭ波と導波管ＴＭ０１波の伝播モード変換で生じる損失を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の代表的な実施例によれば、マイクロストリップ線路と導波管の線路変換において、マイクロストリップ線路よりも低インピーダンスのリッジ形導波管部を有する伝播モード変換部を介することにより、マイクロストリップ線路のＴＥＭ波と導波管ＴＭ０１波の伝播モード変換で生じる損失の低減を図る。すなわち、我々は、マイクロストリップ線路のＴＥＭ波と導波管のＴＥ０１の伝播モード線路変換において、断面形状がほぼ同サイズの時、マイクロストリップ線路のＴＥＭ波の電磁波分布と、リッジ形導波管のリッジ回りのＴＥ０１電磁波分布が等価になり、最も線路変換損失が小さくなることを見出した。
【００２３】
マイクロストリップ線路は主線路側上面が空間開放である。リッジ形導波管は周囲が金属でシールドされているため、導波管カットオフ周波数の低周波化を施す際のリッジ回りを除いた導波管断面の矩形部での容量成分が導波管の低インピーダンス化を招くと考える。よって、マイクロストリップ線路と導波管を接続には、低インピーダンスのリッジ形導波管を介して接続することにより、さらには、λ/４整合器を用いて接続することにより、伝播モードの線路変換損失が低減される。
【００２４】
以下、本発明の好適な実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００２５】
本発明になるミリ波帯送受信機１００の第１の実施形態を、図１ないし図７に示す。  
図１は、本発明のレーダ用ミリ波帯送受信機１００の第１の実施形態を示す縦断面図である。この実施形態のミリ波帯送受信機１００は、少なくとも多層基板１、ＲＦ回路２、複数のアンテナ３、伝熱プレート４、放熱用ビア５、垂直変換器６、λ/４整合器７、筐体８、ＲＦ回路２内の能動素子９、アンテナ補助プレート１０、回路制御基板５７を有している。ＲＦ回路２と各アンテナ３とを接続する垂直変換器６は、マイクロストリップ線路と変換用導波管を直角に接続する伝播モード変換部である。本実施例では、多層基板１、伝熱プレート４、アンテナ補助プレート１０の少なくとも１個以上の部材に、夫々入出力端での特性インピーダンス比が３以下のλ/４整合器を設け、これら複数のλ/４整合器により、夫々垂直変換部６と各アンテナの入出力端の導波管とを接続している。
【００２６】
図２に、レーダ用ミリ波帯送受信機１００の回路図の一例を示す。レーダ用ミリ波帯送受信機１００は、半導体による能動素子９等で形成される発振器（例えば電圧制御型発振器）１４、電力増幅器１５、レシーバ１６（１６Ａ、１６Ｂ）を含むＲＦ回路２を備え、さらに、電波を送受するアンテナ３として、送信アンテナ１７、および受信アンテナ１８（１８Ａ、１８Ｂ）を備える。レーダ用ミリ波帯送受信機１００は、能動的な観測を行うため、発振器１４で生成したミリ波信号を、電力増幅器１５で所望の電力値まで増幅し、送信アンテナ１７から電磁波を照射し、障害物から反射した電磁波を受信アンテナ１８で受信し、レシーバ１６の受信信号処理部（図示略）にて障害物のドップラー信号を有するＩＦ信号を生成・出力する。レーダ用ミリ波帯送受信機１００のＲＦ回路と送信アンテナ１７および受信アンテナ１８とは、夫々垂直変換器６ａ、６ｂ及び６ｃを介して接続されている。なお、測距を行うためのレーダのレーダ変調方式としては、パルス変調方式、ＦＭＣＷ(Frequency Modulated Continuous Wave) 方式あるいは２周波ＣＷなど、あるいはこれらの方式を改良した方式を用いることができる。また、角度検知を行うための位相比較モノパルス方式は、２つの受信アンテナを用い、各々の受信信号間の位相差により標的の方位を検出し、アンテナ面の法線方向に対してθの角度に存在する標的からの反射波を両受信アンテナで受信した時の受信信号間の位相差Δφを検出することで、標的の方位角を測定する。
【００２７】
図３に、ミリ波帯送受信機１００の他の回路構成例として、時分割多元接続(TDMA：Time Division Multiple Access)での通信を行なうためのミリ波帯送受信機１００の例を示す。通信用ミリ波帯送受信機１００は、発振器（例えば電圧制御型発振器）１４、電力増幅器１５、低雑音増幅器１９、ミクサ２０を含むＲＦ回路２と、送信アンテナ１７、および受信アンテナ１８及びベースバンド回路部２００を備えている。ベースバンド回路部２００は送信信号生成機能や受信信号処理機能などを備えている。ミリ波帯送受信機１００のＲＦ回路と送信アンテナ１７および受信アンテナ１８とは、夫々垂直変換器６ａ及び６ｂを介して接続されている。発振器１４により生成されたミリ波搬送波信号は、ミクサ２０により、データを含むＩＦ信号と混合され、電力増幅器１５で所望の電力値まで増幅され、送信アンテナ１７から発信される。また、受信アンテナ１８で得た受信信号は、ミクサ２０のＮＦにより受信信号が劣化しないよう、低雑音増幅器１９で増幅され、ミクサ２０でミリ波搬送波信号と差分を取りＩＦ信号が抽出される。
【００２８】
なお、図２のレーダ用ミリ波帯送受信機と図３の通信用ミリ波帯送受信機のＲＦ回路２はその構成が異なるが、ミリ波帯送受信機の実装形態は同様のものである。これらの送受信機において、ＲＦ回路２内の電力増幅器１５から出力されたミリ波信号は、一方の垂直変換器６とλ/４整合器７を経由し、アンテナ３の導波管入力端に結合され、アンテナ３から空間放射される。一方、他方のアンテナ３から受信されたミリ波信号は、アンテナ３の導波管出力端から、λ/４整合器７、垂直変換器６を通過し、ＲＦ回路２のレシーバ１６もしくは低雑音増幅器１９に接続され、ＩＦ信号として出力される。本実施例では、ミリ波帯送受信機１００の設計仕様に従い、種々の特徴的な放射パターンを有するアンテナを組み合わせるため、アンテナの接続線路に標準導波管３２を採用している。ＲＦ回路２とアンテナ３は、接続線路の長さが最も最短になるよう上下に重ねた配置であり、図１における垂直変換器６とλ/４整合器７により接続線路を構成することが本実施例の特徴的な構造の１つである。
【００２９】
次に、図４及び図５により、本発明の特徴である垂直変換器６の構成、作用について詳しく説明する。まず、図４は、ミリ波帯送受信機１００におけるマイクロストリップ線路と導波管の線路変換部の構成例を示す縦断面図である。図５は図４の線路変換部を示す俯瞰図である。３１はマイクロストリップ線路の主線路であり、３２は標準導波管、３３はマイクロストリップ線路を形成するための誘電体基板である。線路変換部は、マイクロストリップ線路の主線路３１とλ/４整合器７の間に伝播モード変換部すなわち垂直変換器６を有している。マイクロストリップ線路と標準導波管の間に接続された垂直変換器６は、変換用導波管すなわちリッジ形導波管部を含んで構成されており、本実施例において、変換用導波管の特性インピーダンス（Ｚ２）はマイクロストリップ線路の特性インピーダンス（Ｚ１）と同等以下である。
【００３０】
垂直変換器６は、導電性導体３４、主線路３１と導電性導体３４を電気的に接続するビア３５、及び低インピーダンス化したリッジ形導波管部３６を備えている。３６ａはビア３５と接続するリッジ形導波管部のリッジ、３６ｂはマイクロストリップ線路３１のＧＮＤ導体を兼ねるリッジ形導波管部のリッジある。垂直変換器６により、マイクロストリップ線路３１とリッジ形導波管３６を直角に接続する構造となっている。リッジ形導波管部３６とλ/４整合器７は、導電性導体と同一の材料で形成されており、直流的には同電位となるよう加工されている。
【００３１】
次に、変換用導波管の特性インピーダンス（Ｚ２）をマイクロストリップ線路の特性インピーダンス（Ｚ１）と同等以下にするための構成及び効果について述べる。図４、図５において、リッジ形状の間隔をＷR、誘電体厚みをＭSLtｓとし、マイクロストリップ線路の幅をＷSとする。リッジ形導波管３６は、断面の開口部の矩形短手長さがマイクロストリップ線路の誘電体３３の厚みＭSLtｓの２倍以上である。また、リッジ形導波管断面の長手の一辺もしくは両辺の中央部付近に、最近接部の距離を誘電体厚みＭSLtｓの２倍以下とする突起（リッジ）を矩形中心に向かって設け、導波管の特性インピーダンスをマイクロストリップ線路の同等以下で接続している。  
リッジ形導波管部３６の長さはλ/１６以下とする。
【００３２】
マイクロストリップ線路３１のインピーダンスをＺ１、リッジ形導波管部３６のインピーダンスをＺ２、λ/４整合器７のインピーダンスをＺ３、標準導波管３２のインピーダンスをＺ４と、特性インピーダンスを定義する。マイクロストリップ線路３１と標準導波管３２を接続しようとする場合、線路マッチングのみを考慮して、特性インピーダンスを接続順に増加(減少)するとき、反射係数が最も小さくなる。すなわち、線路マッチングのみを考慮した場合、インピーダンスは式（３）に示す大小関係となる。
【００３３】
Ｚ１＜Ｚ２＜Ｚ３＜Ｚ４      ………（３）
これに対し、我々は、マイクロストリップ線路のＴＥＭ波と導波管のＴＥ０１の伝播モード線路変換において、断面形状がほぼ同サイズの時、マイクロストリップ線路のＴＥＭ波の電磁波分布と、リッジ形導波管のリッジ回りのＴＥ０１電磁波分布が等価になり、最も線路変換損失が小さくなることを見出した。
【００３４】
この知見に基づく、リッジ形導波管部とマイクロストリップ線路を直角に接続した線路変換器(以下、垂直変換器と記す)の構成例を図５に示す。
【００３５】
マイクロストリップ線路は、主線路側上面が空間開放である。マイクロストリップ線路とリッジ形導波管のリッジ部の断面形状がほぼ同サイズの時、リッジ形導波管は周囲が金属でシールドされているため、導波管カットオフ周波数の低周波化を施す際のリッジ回りを除いた導波管断面の矩形部での容量成分が導波管の低インピーダンス化を招き、マイクロストリップ線路よりも低い特性インピーダンス値になる。
【００３６】
本発明による垂直変換器の周波数特性の計算結果を図６、図７で説明する。図６は、上記垂直変換器６の周波数特性を示す図である。図７Ａは、ミリ波帯送受信機１００におけるマイクロストリップ線路と導波管の線路変換部の斜視図の１例であり、図７Ｂは図７Ａの上面図である。
【００３７】
マイクロストリップ線路の特性インピーダンスは、計測システムやＲＦ回路のＩＣとのマッチングを考慮して５０Ωで設計するものと仮定する。図６に示したとおり、マイクロストリップ線路３１とリッジ形導波管３６を直角に接続した構造において、マイクロストリップ線路とリッジ形導波管のリッジ部の断面形状がほぼ同サイズの時、即ち、リッジ導波管の特性インピーダンスが４０Ωの場合に極小値となる。即ち、リッジ形導波管部３６とマイクロストリップ線路３１の線路変換は、図６の計算結果から、マイクロストリップ線路が５０Ωの場合、リッジ形導波管部３６の特性インピーダンス値が４０Ωの時、反射特性が極小値となることがわかる。
【００３８】
よって、導波管のＴＥ０１伝播モードからマイクロストリップ線路のＴＥＭ伝播モードに変換する場合、マイクロストリップ線路よりも低インピーダンスの導波管を介することで線路損失の最小化が期待される。
【００３９】
従って、マイクロストリップ線路との接続点である導波管導入部は、導波管の特性インピーダンスをマイクロストリップ線路よりも低インピーダンス化したほうが良く、最適値は８割前後(７割〜９割)の間が望ましいことを我々は見出した。よって、垂直変換部６内のリッジ形導波管３６のインピーダンスＺ２は、マイクロストリップ線路３１よりも低インピーダンスであり、式（４）に示す大小関係となる。
【００４０】
Ｚ２≦Ｚ１＜Ｚ３＜Ｚ４      ………（４）
式(４)を満足するため、図４のリッジ形導波管３６は、リッジ３６ａ、３６ｂのサイズが規定される。すなわち、マイクロストリップ線路３１とビア３５を介して接続するリッジ３６ａのリッジ形導波管断面の長手方向の長さＷｈはマイクロストリップ線路幅Ｗsの２倍以下とし、マイクロストリップ線路のＧＮＤ電極として機能する導電性導体３４のリッジ３６ｂのリッジ形導波管断面の長手方向の長さＷLはマイクロストリップ線路幅の３倍以上、リッジ形状の開口部の間隔ＷRを誘電体３３の厚みＭSLtｓの２倍以下とし、リッジ形導波管部３６の長さＷLをλ/１６以下にする。リッジ形導波管部３６でのミリ波伝播による位相回転が小さくなると、λ/４整合器７からみたインピーダンス値がマイクロストリップ線路の値により接するため、λ/４整合器７との整合性が改善される。
【００４１】
すなわち、図６の結果から、特性インピーダンスの低インピーダンス化を図るため、垂直変換部６内のリッジ形導波管３６の構造として、マイクロストリップ線路３１とビア３５を介して接続するリッジ３６ａは、長さＷｈがマイクロストリップ線路幅ＷSの２倍以下とし、マイクロストリップ線路のＧＮＤ電極として機能するリッジ３６ｂは長さＷLがマイクロストリップ線路幅ＷSの３倍以上、リッジ形状の間隔ＷRを誘電体３３（ビア３５）の厚みＭSLtｓの２倍以下とするのが望ましい。
【００４２】
本実施例によれば、マイクロストリップ線路と導波管の線路変換において、マイクロストリップ線路よりも低インピーダンスのリッジ形導波管部を有する垂直変換器を介することにより、マイクロストリップ線路のＴＥＭ波と導波管ＴＭ０１波の伝播モード変換で生じる損失を低減する。アンテナとの入出力端を導波管にしたことにより、様々な方位角のアンテナ特性を有するミリ波帯送受信機でありながら、ＲＦ回路部は汎用化可能である。また、伝熱プレートの一部に入出力端インピーダンス比が３以下のλ/４整合器を設計することで、インピーダンス変換とＲＦ回路部で発熱した熱の放散機構という複数の機能を持ち合わせ、ミリ波帯送受信機の低損失実装と薄型化が可能となる。
【実施例２】
【００４３】
本発明の第２の実施例を図８（図８Ａ、図８Ｂ）で説明する。図８Ａは、ミリ波帯送受信機１００におけるマイクロストリップ線路と導波管の線路変換部の第２の実施例の斜視図であり、図８Ｂは図８Ａの上面図である。垂直変換部６内のリッジ形導波管３６の構造として、垂直変換部６内の導波管は、断面の矩形短手長さがマイクロストリップ線路３１のビア３５の厚みＭSLtｓの２倍以上である。この導波管の断面の長手（リッジ形状の開口部間隔ＷO）の両辺の中央部付近に、最近接部の開口部距離ＷRを誘電体厚みの２倍以下とするリッジ３６ａを矩形中心に向かって設け、他方のリッジ３６ｂの幅はリッジ３６ａの幅の２倍以上とし、導波管の特性インピーダンスをマイクロストリップ線路の同等以下で接続している。この構造でも、第１の実施例と同様な効果がある。
【実施例３】
【００４４】
図９は、ミリ波帯送受信機１００のマイクロストリップ線路と導波管の線路変換部の第３の実施例の上面図である。導波管の断面は矩形でありその長手の間隔ＷSは、リッジ形状の開口部間隔ＷOよりも狭い。すなわち、マイクロストリップ線路３１とビア３５を介して接続するリッジ３６ａを、マイクロストリップ線路のＧＮＤ電極として機能するリッジ３６ｂと同じ形状とする。この例のように、リッジ形状の開口部が矩形となる低インピーダンス導波管を用いた場合、マイクロスストリップ線路ＴＥＭ波の電磁波分布とリッジ形導波管のリッジ回りのＴＥ０１電磁波の分布とは異なるが、送受信機の損失設計仕様を満足すれば、垂直変換器の通過帯域下限とカットオフ周波数の一致する限り、損失の大きい矩形の導波管断面形状でもよい。リッジ形導波管部３６およびλ/４整合器７の加工方法は、導電性導体が金属の場合、プレス加工が容易な厚み１ｍｍ以下の金属板を凹型やＩ型にプレス等でくり貫き、導波管進行方向に重ねることで実現する。
【実施例４】
【００４５】
本発明のミリ波帯送受信機１００のマイクロストリップ線路と導波管の線路変換部の第４の実施形態を、図１０で説明する。図１０は、ミリ波帯送受信機１００の斜視図である。
【００４６】
この実施例において、多層基板に作製された垂直変換器６とλ/４整合器７ａからなるリッジ導波管は、誘電体膜と金属導体膜を交互に積層し、金属導体膜に凹型やＩ型の抜きのパターン加工を施し、ビア３５、３８を介して金属導体膜間の電気的接続を図ることにより、多層基板裏面まで貫通するよう導波管形状に形成されている。この例では、リッジ導波管が９層の誘電体を重ねた構成としている。６は多層基板１に作り込んだ垂直変換器であり、７ａは多層基板１に作り込んだ擬似導波管によるλ/４整合器である。７ｂは伝熱プレート４に設けたλ/４整合器である。３１は多層基板１表層に作製したマイクロストリップ線路の主線路、３２は標準導波管、３４は多層基板１内に金属パターンとビアにより作製した導電性導体、３５は導電性導体３４のリッジ形擬似導波管３６のリッジ部３６ａとマイクロストリップ線路３１を接続するビア、３６は擬似的にリッジ形導波管を模した導電性導体の一部である擬似リッジ形導波管部を示す。リッジ形導波管部のリッジ３６ａはマイクロストリップ線路３１とビア３５を介して接続され、リッジ３６ｂはマイクロストリップ線路３１のＧＮＤ導体として機能する。金属パターン３７は、導電性導体を構成するほぼ矩形でかつ凹型やＩ型の抜きパターンを施したものである。多層基板１内に作り込むビア３５は、リッジ形導波管の伝播モードＴＥ０１の強電界部に沿って流れる電流を妨げないよう配置した１個または奇数個のビアによって構成されている。λ/４整合器７（７ａ，７ｂ）は、垂直変換器６のリッジ形導波管部３６の特性インピーダンスを標準導波管３２と整合させるために用いる。
【００４７】
本実施例によれば、マイクロストリップ線路と導波管の線路変換において、マイクロストリップ線路よりも低インピーダンスのリッジ形導波管部を有する垂直変換器を介することにより、マイクロストリップ線路のＴＥＭ波と導波管ＴＭ０１波の伝播モード変換で生じる損失を低減できる。また、アンテナとの入出力端を導波管にしたことにより、様々な方位角のアンテナ特性を有するミリ波帯送受信機でありながら、ＲＦ回路部は汎用化可能である。また、伝熱プレートの一部に入出力端インピーダンス比が３以下のλ/４整合器を設計することで、インピーダンス変換とＲＦ回路部で発熱した熱の放散機構という複数の機能を持ち合わせ、ミリ波帯送受信機の低損失実装と薄型化が可能となる。
【実施例５】
【００４８】
本発明のミリ波帯送受信機１００のマイクロストリップ線路と導波管の線路変換部の第５の実施形態を、図１１で説明する。図１１は図１０に示したミリ波帯送受信機１００の上面図に相当する。
【００４９】
ビア３８は、多層基板１の各層の金属パターン３７の電位を共通化するため、層間に配置されている。リッジ部３６ａ、３６ｂは、リッジに定在波が成立しないよう突起先端から矩形の擬似導波管の仮想ＧＮＤ面までの距離ａをλ/４以下に抑える。また、リッジ形導波管部３６でのビア３８は、導電性導体３４を構成する一部であるが、リッジ突起方向に複数のビアを設ける。リッジ形導波管部３６やλ/４整合器は、多層基板１の金属パターン３７において凹型やＩ型の抜きのパターン加工を施し、金属層間を接続するビア３８により構成する。
【００５０】
本実施形態のミリ波帯送受信機１００は、図４に示したマイクロストリップ線路３１、誘電体基板３３、導電性導体３４を多層基板１により作り込んだ構造である。リッジ形導波管部３６やλ/４整合器は、多層基板１の金属パターン３７において凹型やＩ型の抜きのパターン加工を施し、金属層間を接続するビア３８により構成する。
【００５１】
本実施例によれば、マイクロストリップ線路と導波管の線路変換において、マイクロストリップ線路よりも低インピーダンスのリッジ形導波管部を有する垂直変換器を介することにより、マイクロストリップ線路のＴＥＭ波と導波管ＴＭ０１波の伝播モード変換で生じる損失を低減できる。また、アンテナとの入出力端を導波管にしたことにより、様々な方位角のアンテナ特性を有するミリ波帯送受信機でありながら、ＲＦ回路部は汎用化可能である。
【実施例６】
【００５２】
本発明のミリ波帯送受信機１００のマイクロストリップ線路と導波管の線路変換部の第６の実施形態を、図１２ないし図１３で説明する。
【００５３】
図１２は、本実施例の線路変換部の縦断面図を示す。この実施形態のミリ波帯送受信機１００は、多層基板１、ＲＦ回路２、アンテナ３、伝熱プレート４、垂直変換器６、λ/４整合器７ａ、７ｂ、標準導波管３２、低インピーダンスのリッジ形導波管部３６などから構成されている。多層基板１には、低インピーダンスのリッジ形導波管部３６を有する垂直変換器６と、λ/４整合器７ａが設けられている。伝熱プレート４には、アンテナ３の入出力端である標準導波管３２より低インピーダンスで、多層基板１内のλ/４整合器７ａより高インピーダンスの導電性導体によるλ/４整合器７ｂが設けられている。
【００５４】
本実施例の特徴の１つは、線路変換部が、多層基板１に作り込んだマイクロストリップ線路よりも低インピーダンスのリッジ形導波管部を有する垂直変換器６と、多層基板１に作り込んだ擬似導波管によるλ/４整合器７ａとで構成されていることにある。これにより、インピーダンス整合器の長さを短く、ひいてはミリ波帯送受信機１００のモジュール厚さを抑えることができる。
【００５５】
図１３に示したように、４０Ωのリッジ形導波管部３６から３百数十Ωの標準導波管３２へ、単一のλ/４変換器を用いてインピーダンス変換を行った(λ/４変換器入力端のインピーダンスが４０Ω)場合、反射損失が-１２ｄＢ程度であり、通過損失は-２.５ｄＢ程度である。λ/４整合器の入出力端のインピーダンス比を４ (≒３百数十Ω／１００Ω) 以下としたλ/４変換器入力端のインピーダンスが１００Ωの場合、良好な反射損失を得られるλ/４整合器が実現する。本実施例によれば、所望の反射損失を得るための整合器長さは、１．２mm程度である。多層基板１に作り込むλ／４整合器７aの長さは１．２mm／√(多層基板１の誘電率)である。
【００５６】
リッジ形導波管部３６と標準導波管３２のインピーダンス比が９ (≒３百数十Ω／４０Ω)程度であるため、入出力端のインピーダンス比が３程度のλ/４整合器７ａ、７ｂを２段直列に接続することで、リッジ形導波管部３６と標準導波管３２のインピーダンス変換を低損失で実現できる。
【００５７】
５０Ωマイクロストリップ線路と直接接続する場合のλ/４整合器７ａの特性インピーダンスは設計上７０Ω（≒√(１００＊５０) である。λ/４整合器７ａの入力端に、本発明の特徴とする垂直変換器６を構成する低インピーダンスのリッジ形導波管部を挿入した場合、図６の結果から、マイクロストリップ線路から導波管へ伝播モード変換に伴う通過損失は、１.２ｄＢ＠７０Ωから０.４ｄＢ＠４０Ωまで約０.６ｄＢの改善が見込める。また、λ/４整合器７ａ入出力端のインピーダンス比は、２倍から２.５倍へと変動するが、λ/４整合器の設計仕様の３倍以下と準拠しており、反射損失の増加分は軽微である。従って、垂直変換器６を構成する低インピーダンスのリッジ形導波管部を挿入した効果は大きく、ミリ波帯送受信機全体での実装損失を容易に低損失化できることとなる。この効果は、単一のλ/４整合器の場合でも同様の効果を得ることが可能であり、マイクロストリップ線路から導波管へ接続するための重要技術となると考える。
【００５８】
本実施例によれば、マイクロストリップ線路と導波管の線路変換において、マイクロストリップ線路よりも低インピーダンスのリッジ形導波管部を有する垂直変換器を介することにより、マイクロストリップ線路のＴＥＭ波と導波管ＴＭ０１波の伝播モード変換で生じる損失を低減できる。また、アンテナとの入出力端を導波管にしたことにより、様々な方位角のアンテナ特性を有するミリ波帯送受信機でありながら、ＲＦ回路部は汎用化可能である。
【００５９】
また、伝熱プレートの一部に入出力端インピーダンス比が３以下のλ/４整合器を設計することで、インピーダンス変換とＲＦ回路部で発熱した熱の放散機構という複数の機能を持ち合わせ、ミリ波帯送受信機の低損失実装と薄型化が可能となる。
【実施例７】
【００６０】
図１４に、本発明のマイクロストリップ線路と導波管の線路変換部の第７の実施形態を示す。図１４Ａはリッジ形導波管部の斜視図であり、図１４Ｂはリッジ形導波管部の上面図である。本実施例でも、ミリ波帯送受信機を構成する多層基板１、伝熱プレート４、アンテナ補助プレート１０の少なくとも１個以上の部材に、入出力端での特性インピーダンス比が３以下のλ/４整合器を設ける。
【００６１】
図１４Ａ、図１４Ｂにおいて、３はアンテナ、３２はアンテナ３の入出力端の標準導波管であり、３４は多層基板１内の導電性導体であり、３９は多層基板に用いた誘電率と異なる誘電体でλ/４整合器７ｂを充填したλ/４整合器であり、４０は多層基板１の導電性導体３４の一部として形成されたλ/４整合器７ａの最下部金属パターンの導波管開口部である。λ/４整合器７ａとλ/４整合器３９の導波管内部を充填する誘電体材料が異なる場合、誘電率により管内波長が圧縮されるため、管内波長の違いから所望の特性インピーダンスを実現する導波管のサイズが異なる。多層基板１と伝熱プレート４の重ね合わせ時の加工精度により合せ誤差が発生し、インピーダンス変換の周波数特性にバラツキが発生する。
【００６２】
この特性バラツキを抑えるため、このλ/４整合器７ａとλ/４整合器３９の導波管内誘電体の誘電率が異なる場合に、これらの導波管の開口部を非相似形とし、導波管開口部矩形の長辺は誘電率が低い導波管を長く、導波管開口部矩形の短辺は誘電率が高い導波管を長くし、誘電率が高い導波管の短辺長さを組立仕様誤差の２倍より大きく設計し、垂直変換部とアンテナの入出力端のインピーダンス変換を行うλ/４整合器の導波管により接続する。
【００６３】
すなわち、図１４Ｂに示すように、導波管開口部４０の形状とλ/４整合器３９の開口部（斜線で表示）の形状を非相似形とした。λ/４整合器３９に充填した誘電体が空気の場合、λ/４整合器３９の開口部の長辺長さは、標準導波管３２のカットオフ周波数を超えないよう、標準導波管３２の長辺長さと同等とする。λ/４整合器７ａの誘電率がλ/４整合器３９の誘電率より高い場合、導波管開口部４０の短辺を導波管３９の開口部の短辺より長く設計する。λ/４整合器７ａの誘電率が５から２０程度のセラミック材料の場合、λ/４整合器７ａのカットオフ周波数と高次モード伝播を抑えるため、導波管開口部４０の長辺は、標準導波管３２の長辺の２/√(Ｅｒ)以下とする。
【００６４】
λ/４整合器７ａとλ/４整合器３９の開口部形状を点対称でかつ非相似形とすることで、多層基板１と伝熱プレート４の組立時の合せ誤差によっても上下左右のインダクタンス成分、キャパシタンス成分の寄生素子のバランスが保たれ、λ/４整合器７ａ、λ/４整合器３９間地点のインピーダンスとの整合が維持される。また、電気的特性変動を極力抑えるため、導波管開口の最短部での長さは、組立プロセス上の加工誤差長さの２倍以上とすることが望ましい。
【００６５】
本実施例によれば、マイクロストリップ線路と導波管の線路変換において、マイクロストリップ線路よりも低インピーダンスのリッジ形導波管部を有する垂直変換器を介することにより、マイクロストリップ線路のＴＥＭ波と導波管ＴＭ０１波の伝播モード変換で生じる損失を低減できる。
【００６６】
また、多層基板と伝熱プレートの重ね合わせ時の加工精度により合せ誤差が発生した場合のインピーダンス変換の周波数特性のバラツキを抑えることができる。
【実施例８】
【００６７】
本発明のマイクロストリップ線路と導波管の線路変換部の第８の実施形態として空間放射抑制用金属導体パターンを用いた例を、図１５、図１６で説明する。図１５はミリ波帯送受信機におけるマイクロストリップ線路と導波管の線路変換部の斜視図である。
【００６８】
図１５において、１は２層以上の誘電体を重ねた多層基板であり、６は多層基板１に作り込んだ垂直変換器、７は多層基板１に作り込んだ擬似導波管によるλ/４整合器、３１は多層基板１表層に作製したマイクロストリップ線路の主線路、３２は標準導波管、３４は多層基板１内に金属パターンとビアにより作製した導電性導体、３５は導電性導体３４のリッジ形擬似導波管３６のリッジ部３６ａとマイクロストリップ線路３１を接続するビア、３６は、擬似的にリッジ形導波管を模した導電性導体の一部である擬似リッジ形導波管部を示す。３６ａはマイクロストリップ線路３１とビア３５を介して接続されたリッジ形導波管部のリッジであり、３６ｂはマイクロストリップ線路３１のＧＮＤ導体として機能するリッジ形導波管部のリッジである。３７は、導電性導体を構成する、ほぼ矩形でかつ凹型やＩ型の抜きパターンを施した金属パターンである。３８は、多層基板１の各層の金属パターン３７の電位を共通化するため、層間に配置したビアである。４１は空間放射抑制用金属導体パターンである。
【００６９】
この実施形態では、マイクロストリップ線路の対向ＧＮＤ電極となる金属導体のエッジ近辺で、かつ、マイクロストリップ線路よりも特性インピーダンス値が小さい導波管と接続する直前に、伝送線路であるマイクロストリップ線路よりも幅広の金属導体パターン４１を多層基板表層に配置する。そして、ミリ波ＴＥＭ波の大部分を幅広の金属導体パターン４１の直下に集中させることに特徴がある。
【００７０】
図１６に、ＧＮＤ金属面に一定長さの切り欠きを設けたマイクロストリップ線路における放射損失を示す。横軸はマイクロストリップ線路のインピーダンス値であり、縦軸は遠方界での放射電力損を示す。インピーダンス値が低い程、放射電力損は小さくなる傾向が見出せる。マイクロストリップ線路の線路幅が幅広な程、電磁波が線路直下に集中するため、放射損が低下すると考える。垂直変換器６のマイクロストリップ線路の主線路導体面に、より幅広の放射抑制用金属導体パターン４１を設けると、リッジ形導波管部３６と直角にする部分において放射損失を低減することが可能となる。また、多層基板１の表層において、不要な寄生素子が誘導され、損失が増加しないよう、垂直変換器６は、マイクロストリップ線路３１と空間放射抑制用金属導体パターン４１以外の金属導体を排除する、もしくは金属導体間距離をλ/４以上設ける。
【００７１】
本実施例によれば、マイクロストリップ線路と導波管の線路変換において、マイクロストリップ線路よりも低インピーダンスのリッジ形導波管部を有する垂直変換器を介することにより、マイクロストリップ線路のＴＥＭ波と導波管ＴＭ０１波の伝播モード変換で生じる損失を低減できる。また、マイクロストリップ線路と導波管の線路変換における線路のミスマッチによる放射損失を低減できる。
【実施例９】
【００７２】
次に、本発明のマイクロストリップ線路と導波管の線路変換部の第９の実施形態を図１７乃至図１９で説明する。
【００７３】
この実施形態は、線路変換部にテーパ型インピーダンス整合器を組み合わせることで、通過帯域の広帯域化を図ったものである。
【００７４】
図１７に、金属導波管のテーパ型インピーダンス変換器による反射損失を示す。横軸はテーパ型インピーダンス変換器の線路長さを、縦軸はインピーダンス変換器の反射損失を示す。テーパ型インピーダンス変換器入力端開口部断面の特性インピーダンスは４０Ωから２８０Ωまで掃引した。出力端開口部断面の特性インピーダンスは標準導波管の３８０Ωを仮定した。図１３に示したλ/４変換器を用いた線路変換器の反射特性と比較すると、所望の反射損失を得るための整合器長さは、テーパ型変換器の方がかなり長くなることがわかる。また、テーパ型変換器を採用する場合、入力端開口部の特性インピーダンスを大きく、変換器線路長を６ｍｍ程度に長くすることにより、反射損失を抑制できることがわかる。
【００７５】
図１８に、インピーダンス変換器のテーパ傾きで規格化した図１７の反射特性を示す。横軸のテーパ傾きは、テーパ型インピーダンス変換器の入出力導波管断面の短手長さ差分／変換器長さである。傾きが０.１( 角度５.７度＝ tａn-１(０.１))の場合、反射損失が-２０ｄＢ以下と良好であるが、０.３までテーパ角度を変化させた場合、反射損失は-１０ｄＢまで悪化することが見出せる。傾きを０.１以下でインピーダンス変換器を設計 (インピーダンス変換器の入出力端インピーダンス比は約１.５)すると反射損失は-１５ｄＢ程度以下で、傾きを０.３以下(インピーダンス変換器の入出力端インピーダンス比は約２)ならば反射損失を-１１ｄＢ程度以下で利用可能であることを見出せる。
【００７６】
図１９は、テーパ型インピーダンス変換器を採用した、ミリ波帯送受信機におけるマイクロストリップ線路と導波管の線路変換部の第８の実施形態の縦断面図である。この実施形態によれば、ミリ波帯送受信機は、少なくとも多層基板、ＲＦ回路、アンテナ、λ/４整合器、垂直変換器、ＲＦ回路制御基板、伝熱プレート、アンテナ補助プレートから構成され、多層基板、伝熱プレート、アンテナ補助プレートの少なくとも２個以上の部材に、入出力端での特性インピーダンス比が３以下のλ/４整合器などのインピーダンス整合器を設ける。この実施形態では、このインピーダンス整合器に代わるものとして、多層基板に、反射特性が-１０ｄＢ以下となる、tａn(θ)/(√(Er))＜０.３を満足する傾斜角度θによりテーパを設けた長さλ/４以下のテーパ型の擬似導波管によるインピーダンス整合器を用いる。
【００７７】
すなわち、多層基板１には、低インピーダンスのリッジ形導波管部３６を有する垂直変換器６と、テーパ型インピーダンス整合器７ｃを設ける。３３はマイクロストリップ線路を形成するための誘電体基板であり、その厚みは、ＭSLtｓである。伝熱プレート４には、標準導波管３２より低インピーダンスでテーパ型インピーダンス整合器７ｃより高インピーダンスのλ/４整合器７ｂを設ける。３９は多層基板１に用いた誘電率と異なる誘電体でλ/４整合器７ｂを充填したλ/４整合器である。
誘電率がＥｒの多層基板１内に設けたテーパ型インピーダンス整合器７ｃは、線路長さが√Ｅｒで圧縮され、テーパの傾きは√Ｅｒ倍に拡大できる。図１９に示すように、リッジ形導波管部３６から導波管３９に至る、多層基板内に配置したビア位置を、誘電体単層厚みｈ*√(Ｅｒ)*０.１以下の範囲でビア位置をシフトすることにより、反射損失が-１５ｄＢ以下で広帯域のテーパ型インピーダンス整合器７ｃを実現できる。また、テーパ型インピーダンス整合器は、長さを厳密にλ/４としなくても良好な電気的特性を有することが出来、多層基板の誘電率変動や厚み誤差が発生しても、電気的特性変動が小さいことが期待できる。
【００７８】
本実施例によれば、マイクロストリップ線路と導波管の線路変換において、マイクロストリップ線路よりも低インピーダンスのリッジ形導波管部を有する垂直変換器を介することにより、マイクロストリップ線路のＴＥＭ波と導波管ＴＭ０１波の伝播モード変換で生じる損失を低減でき、かつ、通過帯域の広帯域化を図ることができる。
【実施例１０】
【００７９】
図２０は、テーパ型インピーダンス変換器を採用した、ミリ波帯送受信機におけるマイクロストリップ線路と導波管の線路変換部の第１０の実施形態の縦断面図である。多層基板１には、低インピーダンスのリッジ形導波管部３６を有する垂直変換器６と、テーパ型インピーダンス整合器７ｃを設ける。伝熱プレート４には、標準導波管３２より低インピーダンスでテーパ型インピーダンス整合器７ｃより高インピーダンスのλ/４整合器７ｂを設ける。３９は多層基板１に用いた誘電率と異なる誘電体でλ/４整合器７ｂを充填したλ/４整合器である。
【００８０】
４２は、空気と異なる誘電体で内部を満たしたλ/４整合器７ｂの導波管である。４３は、アンテナ３の入出力端である導波管であり、空気と異なる誘電体で充填した構造である。導波管４２、４３の内部を誘電体で満たすことにより、導波管４２，４３の特性インピーダンスを低インピーダンス化する。アンテナ３の導波管４３のインピーダンスを小さくすると、マイクロストリップ線路３１とのインピーダンス比を抑えられ、インピーダンス比が３以下であればλ/４整合器７を１個で送受信機の実装損失仕様を満足する実装形態が実現可能となる。
【００８１】
従って、ミリ波帯送受信機１００の厚みを短縮することが出来、ミリ波帯送受信機１００の更なる小型化による軽量化低コスト化が期待できる。
【実施例１１】
【００８２】
図２１は、本発明のミリ波帯送受信機をレーダに適用した構成例を示すブロック図である。レーダ用途でのミリ波帯送受信機１００は、大まかに、多層基板１とアンテナ補助プレート１０、ＲＦ回路制御基板５７及び入出端子５６から構成される。多層基板１にはレーダセンシング部の働きをするＲＦ回路２を形成する。ＲＦ回路制御基板５７は、アナログ回路５１とＡ／Ｄ変換回路５２、デジタル回路５３、記録回路５４、電源回路５５から構成される。なお、図３の例ではＡ／Ｄ変換回路５２がＲＦ回路２に含まれ、アナログ回路５１やデジタル回路５３はベースバンド回路部２００に含まれている。レーダ用途でのミリ波帯送受信機１００は、レーダによる障害物検知のために、デジタル回路５３はＣＰＵやＤＳＰを起動し、記録回路５４に記載された動作プログラムに従い、所定の手順で各種データについて演算処理を実行し、ＤＡ／ＡＤ変換回路５２を介してアナログ回路５１によりＲＦ回路２のレーダセンシング部を駆動する。この実施形態のミリ波帯送受信機１００は、送受信アンテナ３、垂直変換器６、λ/４整合器７ａ、７ｂ、標準導波管３２、低インピーダンスのリッジ形導波管部３６などから構成されている。ＲＦ回路２と送受信アンテナとは、夫々垂直変換器を介して接続されている。
【００８３】
ＲＦ回路２はアンテナ３を介し、ドップラー信号を含む中間周波数ＩＦ信号を生成し、そのＩＦ信号はアナログ回路５１へ伝播される。ＩＦ信号は、アナログ回路５１である程度増幅及び波形整形し、Ａ／Ｄ回路５２でサンプリングされた後、デジタル回路５３よって信号処理される。デジタル回路５３は、記録回路５４のプログラムに従い、障害物の反射波から相対速度相対距離および相対角度などを計算する。それら計算結果は、記録回路５４に記録すると共に入出力回路５６から外部へ伝達される。
【００８４】
本実施例によれば、マイクロストリップ線路と導波管の線路変換において、マイクロストリップ線路よりも低インピーダンスのリッジ形導波管部を有する垂直変換器を介することにより、マイクロストリップ線路のＴＥＭ波と導波管ＴＭ０１波の伝播モード変換で生じる損失を低減できる。また、空間放射抑制用金属導体パターンを用いることで、放射損失の低減、通過帯域の広帯域化したミリ波帯送受信機を実現できる。
【実施例１２】
【００８５】
図２２により、本発明のミリ波帯送受信機を車載レーダに適用した例について説明する。図２２はレーダを搭載した車両１５０を示す。
【００８６】
車両１５０は、すでに述べた本発明の実施例になるミリ波帯送受信機１００を適用したレーダを複数搭載し、各々のミリ波帯送受信機１００からの電気信号を処理し制御用の情報を生成する電子回路と、車両の車輪の回転数の情報から車速と走行距離及び加速度を計算する電子回路と、３軸加速度センサから加速度及び車両の回転を計算する電子回路と、車両に搭載されている駆動装置、制動装置、車両の状態を検知するセンサ群より得られる電気信号から車両の動作状態の各種情報を、所定の関数などに基づいて演算し、駆動装置や制動装置の制御を行なう電子装置等により、車両走行制御システムを構成している。
【００８７】
車両１５０は、自車両の周囲を観測するために、ミリ波帯送受信機１００で構成される複数のレーダを搭載しそのＲＦ回路やベースバンド回路で信号の生成及び処理を行っている。
【００８８】
車両１５０は、車載レーダとして、左前方用近距離レーダ１５１、右前方用近距離レーダ１５２、左側方用近距離レーダ１５３、右側用方近距離レーダ１５４、左斜め後方用近距離レーダ１５５、右斜め後方用近距離レーダ１５６、後方用近距離レーダ１５７、前方用遠距離レーダ１５８を備えている。さらに、これらすべてのレーダを監視調整するコントローラ１５９も備えている。各レーダにおいて、導波管形入出力のアンテナを有するミリ波帯送受信機１００は、アンテナ３がＲＦ回路２が形成された多層基板１と分離されており、導波管接続線路すなわち既に本発明の実施例として述べたマイクロストリップ線路と導波管の線路変換部のいずれかを介することで、方位角度の異なる様々なアンテナを接続可能である。ＲＦ回路部、ＲＦ回路制御基板は、車両搭載位置の差異による検知角度仕様が異なっても共用可能であり、生産量増加によるレーダの原価低減が期待される。
【００８９】
また、バンパーやドア、サイドミラーなど熱のこもりやすい閉空間にレーダを設置するとしても、ミリ波帯送受信機１００には、熱抵抗の小さい、放熱用ビア５、伝熱プレート４、アンテナ補助プレート１０により、放熱流路が確保されており、ＲＦ回路２で発生した熱は外気まで伝達され、安定した動作を実現する。ミリ波帯送受信機１００の安定動作によって環境温度に対する動作信頼性が改善されるため、車両に複数個のミリ波帯送受信機１００を搭載し、それらの出力で制御を行なうように電子装置等を構成しても、環境耐性に優れた車両走行制御システムが得られる。
【００９０】
本実施例のミリ波帯送受信機を複数用いた車両用のレーダシステムは、ミリ波帯送受信機の実装損失を低減することで実質的なＳＮ比の改善が見込まれ、その結果、自動車の外環境をより正確に把握することができる。渋滞運転、旋回運転、路線変更運転などあらゆる運転動作において、運転者へ、より正確に迅速に多くの外周状況を与えることが出来れば、自動車事故を未然に防止する確率が向上すると期待される。また、ミリ波帯送受信機を車々間通信システム、あるいは車−公共通信網と信号の送受システムとして利用することで、外環境における運転者の運行パターンを把握でき、運転に対する安全運転指数を統計的に導くことができ、運転者の自動車保険掛け金の低減や、事故に対する客観的実況判断が可能となる自動車用物体監視センサを提供することができる。
【実施例１３】
【００９１】
図２３により、本発明のミリ波帯送受信機を車載レーダに適用した車両制御装置の回路構成例を説明する。  
図２３は、車両１５０に組み込まれる車両制御装置２００の回路構成例である。車両制御装置２００は、レーダ用途の複数のミリ波帯送受信機（レーダ群）１５１〜１５８以外に、エンジン回転計１６０、タイヤ回転計１６１、加速度センサ１６２、速度センサ１６３、回転センサ１６４、温度や湿度などのお天気センサ１６５、操作系センサ１６６、車々間通信や、車−公共通信網と信号の送受するミリ波帯送受信機１００を有する無線通信装置１６７、記録装置１６８、ディスプレイ１６９、エンジンなどの制御するアクチュエータ制御装置１７０、車両制御装置全体を統括する運転制御装置１７１からなる。周囲環境や車両の動作状態、および天候をレーダ群やセンサグループでつぶさに監視し、無線通信装置１６７から渋滞状況などの道路交通状況を取得することにより、車両制御装置は、アクチュエータ制御装置１７０により車両をコントロールすることで、運転環境を常に最良の状態で提供する。また、車両状態や車両周囲状況を含み、車両運転状況を常に把握できるため、記録装置にその状況をトレースすることで、事故解析や自動車保険料算出が容易となる。
【００９２】
本実施例の車両用のレーダシステムは、ミリ波帯送受信機の実装損失を低減することで実質的なＳＮ比の改善が見込まれ、その結果、自動車の外環境をより正確に把握することができる。渋滞運転、旋回運転、路線変更運転などあらゆる運転動作において、運転者へ、より正確に迅速に多くの外周状況を与えることが出来れば、自動車事故を未然に防止する確率が向上すると期待される。また、ミリ波帯送受信機を車々間通信システム、あるいは車−公共通信網と信号の送受システムとして利用することで、外環境における運転者の運行パターンを把握でき、運転に対する安全運転指数を統計的に導くことができ、運転者の自動車保険掛け金の低減や、事故に対する客観的実況判断が可能となる自動車用物体監視センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明のミリ波帯送受信機の第１の実施形態を示す縦断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態になるレーダ用ミリ波帯送受信機の回路図の一例図である。
【図３】第１の実施形態になるレーダ用ミリ波帯送受信機の回路図の他の例である。
【図４】第１の実施形態のミリ波帯送受信機におけるマイクロストリップ線路と導波管の線路変換部の構成例を示す縦断面図である。
【図５】図４の線路変換部を示す俯瞰図である。
【図６】本発明による垂直変換器の周波数特性を示す図である。
【図７Ａ】第１の実施形態のミリ波帯送受信機におけるマイクロストリップ線路と導波管の線路変換部の斜視図である。
【図７Ｂ】図７Ａの上面図である。
【図８Ａ】本発明の第２の実施形態になるレーダ用ミリ波帯送受信機の斜視図である。
【図８Ｂ】図８Ａの上面図である。
【図９】本発明の第３の実施形態になるミリ波帯送受信機のマイクロストリップ線路と導波管の線路変換部の上面図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態になるミリ波帯送受信機のマイクロストリップ線路と導波管の線路変換部の斜視図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態になるミリ波帯送受信機のマイクロストリップ線路と導波管を示すもので、図１０の上面図に相当する図である。
【図１２】本発明の第６の実施形態になるミリ波帯送受信機のマイクロストリップ線路と導波管の線路変換部の縦断面図である。
【図１３】一般的なλ/４変換器を用いた線路変換器の反射特性を示す図である。
【図１４Ａ】本発明の第７の実施形態になるミリ波帯送受信機のリッジ形導波管部の斜視図である。
【図１４Ｂ】図１４Ａの上面図である。
【図１５】本発明の第８の実施形態になるミリ波帯送受信機のリッジ形導波管部の斜視図である。
【図１６】ＧＮＤ金属面に一定長さの切り欠きを設けたマイクロストリップ線路における放射損失を示す図である。化が可能となる。
【図１７】金属導波管のテーパ型インピーダンス変換器による反射損失を示す図である。
【図１８】インピーダンス変換器のテーパ傾きで規格化した図１７の反射特性を示す図である。
【図１９】ミリ波帯送受信機におけるマイクロストリップ線路と導波管の線路変換部の第９の実施形態の縦断面図である。
【図２０】ミリ波帯送受信機におけるマイクロストリップ線路と導波管の線路変換部の第１０の実施形態の縦断面図である。
【図２１】本発明の第１１の実施形態としてミリ波帯送受信機をレーダに適用した構成例を示すブロック図である。
【図２２】本発明を車載レーダに適用した第１２の実施形態を示す図である。
【図２３】本発明の第１３の実施形態としてミリ波帯送受信機を車載レーダに適用した車両制御装置の回路構成例を示す図である。
【図２４】従来例になる導波管／マイクロストリップ線路変換器の第１の構成例を示す図である。
【図２５】従来例になる導波管／マイクロストリップ線路変換器の第２の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００９４】
１…多層基板、２…ＲＦ回路、３…アンテナ、４…伝熱プレート、５…放熱用ビア、６…垂直変換器、７、７ａ、７ｂ…λ/４整合器、８…筐体、９…能動素子、１０…アンテナ補助プレート、１４…発振器、１５…電力増幅器、１６…受信器、１７…送信用アンテナ、１８…受信用アンテナ、１９…低雑音増幅器、２０…ミクサ、３１…マイクロストリップ線路、３２…標準導波管、３３…誘電体基板、３４…導電性導体、３５、３８…導体層間接続ビア、３６…リッジ形導波管、リッジ形導波管部、３７…金属パターン、３９…伝熱プレートに設けた導波管、４０…導波管開口部、４１…空間放射抑制用金属導体パターン、４２，４３…誘電体で埋めた導波管、５１…アナログ回路、５２…Ａ／Ｄ，Ｄ／Ａ変換回路、５３…デジタル回路、５４…記録回路、５５…電源回路、５６…入出力端子、５７…ＲＦ回路制御基板、
１００、１５１，１５２，１５３，１５４，１５５，１５６，１５７，１５８…ミリ波帯送受信機、
１５０…車載レーダ車両、１５９…コントローラ、１６０…エンジン回転計、１６１…タイヤ回転計、１６２…加速度センサ、１６３…速度センサ、１６４…回転センサ、１６５…温度や湿度などのお天気センサ、１６６…操作系センサ、１６７…無線通信装置、１６８…記録装置、１６９…ディスプレイ、１７０…エンジンなどの制御するアクチュエータ制御装置、１７１…車両制御装置全体を統括する運転制御装置、
２００…車両制御装置。
【図１】
2008141340.tif 000004
【図２】
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【図３】
2008141340.tif 000006
【図４】
2008141340.tif 000007
【図５】
2008141340.tif 000008
【図６】
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【図７Ａ】
2008141340.tif 000010
【図７Ｂ】
2008141340.tif 000011
【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
2008141340.tif 000013
【図９】
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【図１０】
2008141340.tif 000015
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2008141340.tif 000018
【図１４Ａ】
2008141340.tif 000019
【図１４Ｂ】
2008141340.tif 000020
【図１５】
2008141340.tif 000021
【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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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２５】
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