(57)【要約】【課題】三次元の物を検出及び追跡するレーダー・システムを提供する。【解決手段】アンテナと、送信用、受信用、及び処理用の電子装置とを含むレーダー・システムは、その全てが小型軽量で低コストで高集積のパッケージにされる。レーダー・システムは、物を検出するために広い方位角及び狭い仰角のレーダー・パターンを用い、１以上の受信用及び表示用のユニットへの通信のためにＷｉ−Ｆｉ無線を用いる。１つの応用は、レーダー・システムを航空機の既存のレードームに取り付けて、地上オペレーション中に物を検出してそれを避けるようにすることを、含むことができる。物は、範囲内に存在し得る他の動いている航空機や、地上用ビークルや、ビルディングや、他の構造を含むことができる。システムは、パイロットと地上クルーとの双方へ情報を送信することができる。【選択図】  図１Ａ
2017215309.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
障害物検出システムであって、
スロット付き導波管レーダー送信アンテナと、
スロット付き導波管レーダー受信アンテナと、
前記スロット付き導波管レーダー送信アンテナと信号通信するレーダー送信機電子装置であって、前記スロット付き導波管レーダー送信アンテナと共に、モノパルス・レーダー信号を出力するように構成される、レーダー送信機電子装置と、
前記スロット付き導波管レーダー受信アンテナと信号通信するレーダー受信機電子装置であって、出力された前記モノパルス・レーダー信号に対応するレーダー反射を前記レーダー受信アンテナから受信するように構成されるデジタル・ビーム形成回路を含むレーダー受信機電子装置と、
前記レーダー反射に基づいてターゲット検出情報の通知を生成するように構成される１以上のプロセッサーと
を含み、
前記スロット付き導波管レーダー送信アンテナと、前記スロット付き導波管レーダー受信アンテナと、前記レーダー送信機電子装置と、前記レーダー受信機電子装置と、前記１以上のプロセッサーとは、１つの統合されたパッケージを構成する、
障害物検出システム。
【請求項２】
請求項１に記載の障害物検出システムであって、前記モノパルス・レーダー信号は周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）波形を含む、障害物検出システム。
【請求項３】
請求項１に記載の障害物検出システムであって、前記スロット付き導波管レーダー送信アンテナ及び前記スロット付き導波管レーダー受信アンテナのそれぞれは基板統合型導波管（ＳＩＷ）アンテナを含む、障害物検出システム。
【請求項４】
請求項１に記載の障害物検出システムであって、前記レーダー送信機電子装置は、前記モノパルス・レーダー信号を第１カバレッジ・エリアへ出力するように構成され、前記レーダー受信機電子装置は、前記カバレッジ・エリア内に存在する物体からの前記レーダー反射を受信するように構成され、前記１以上のプロセッサーは、前記カバレッジ・エリアから受信したレーダー反射に応答して前記通知を生成するように構成される、障害物検出システム。
【請求項５】
請求項１に記載の障害物検出システムであって、前記１以上のプロセッサーは、更に、距離、方位角、及び仰角を含む三次元の前記ターゲット検出情報を生成するように構成される、障害物検出システム。
【請求項６】
請求項１に記載の障害物検出システムであって、前記レーダー受信機電子装置は、更に、ベース・バンドへのダウン・コンバージョンの前の第１中間周波数（ＩＦ）を用いるヘテロダインＦＭＣＷレーダーを含む、障害物検出システム。
【請求項７】
請求項１に記載の障害物検出システムであって、前記ターゲット検出情報のレーダー・イメージング分解能は、１００メートルの距離で少なくとも３平方メートルである、障害物検出システム。
【請求項８】
請求項１に記載の障害物検出システムであって、前記ターゲット検出情報のレーダー距離分解能は、少なくとも１メートルであり、レーダー角度分解能は、方位角及び仰角において１度及び１／２度より大きくない、障害物検出システム。
【請求項９】
請求項１に記載の障害物検出システムであって、ワイヤレス・ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮ）を通じて通信するように構成される外部通信回路を更に含む障害物検出システム。
【請求項１０】
請求項１に記載の障害物検出システムであって、前記レーダー送信機電子装置は基板統合型導波管を含み、前記レーダー受信機電子装置は基板統合型導波管を含む、障害物検出システム。
【請求項１１】
請求項１に記載の障害物検出システムであって、前記デジタル・ビーム形成はヘテロダイン処理を含み、前記デジタル・ビーム形成回路は超音波周波数範囲で動作するように構成される、障害物検出システム。
【請求項１２】
請求項１に記載の障害物検出システムであって、前記レーダー送信機電子装置は、更に、前記レーダー送信アンテナと共に、仰角が８度より小さく且つ方位角が少なくとも６５度の送信レーダー・ビーム幅を含むモノパルス・レーダー信号を出力するように構成される、障害物検出システム。
【請求項１３】
請求項１に記載の障害物検出システムであって、前記レーダー送信機電子装置は、更に、前記レーダー送信アンテナと共に、固定の送信レーダー・パターンを含むモノパルス・レーダー信号を出力するように構成される、障害物検出システム。
【請求項１４】
請求項１に記載の障害物検出システムであって、前記スロット付き導波管レーダー送信アンテナと、前記スロット付き導波管レーダー受信アンテナと、前記外部通信回路とは、１つの統合されたパッケージを構成する、障害物検出システム。
【請求項１５】
請求項１に記載の障害物検出システムであって、前記統合されたパッケージは航空機の垂直スタビライザーのレードームに取り付けるように構成される、障害物検出システム。
【請求項１６】
請求項１に記載の障害物検出システムであって、前記統合されたパッケージは、地上オペレーション中に使用される既存の航空機システムから電力を引き出すように構成される、障害物検出システム。
【請求項１７】
航空機であって、
第１の翼と、
請求項１に従った障害物検出システムであって、前記第１カバレッジ・エリアが、前記第１の翼の一部を含む範囲を含む、障害物検出システムと
を含む航空機。
【請求項１８】
請求項１７に記載の航空機であって、
第２の翼と、
請求項１に記載の第２の障害物検出システムであって、第２の障害物検出システムに関しての前記第１カバレッジ・エリアが、前記第２の翼の一部を含む範囲を含む、第２の障害物検出システムと
を含む航空機。
【請求項１９】
請求項１７に記載の航空機であって、前記航空機の機首レードームに取り付けられる天候レーダー・システムを更に含み、前記天候レーダー・システムは、第３の障害物検出システムとして構成される、航空機。
【請求項２０】
請求項１に記載の障害物検出システムを含む自動車であって、前記第１カバレッジ・エリアが前記自動車の周囲の部分を含む、自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]  本出願は、２０１６年５月３１日に出願された米国仮出願第６２／３４３７０４号の利益を主張するものであり、この参照により上記米国仮出願の内容全体がここに組み込まれるものとする。
【０００２】
[0002]  本開示は、衝突回避システムと、衝突回避システムで使用されるアンテナとに関する。
【背景技術】
【０００３】
[0003]  近くにある物を検出及び追跡することは、特に、地上オペレーション中の航空機に関しては有用である。航空機と、他の航空機や地上用ビークルやビルディング等のような構造物などのような他の物との地上での衝突は、高い費用を要する損傷を生じさせることがあり、また、危険である。離陸するために地上を走行中の航空機は、燃料タンクが満杯のことが多く、燃料タンクは、衝突の際に破裂することがあり、それにより火事や爆発が起きる可能性がある。幾つかの解決法は、障害物となり得る物を検出するために航空機に配されたレーダーや他のセンサーを用い、情報をヒューマン・マシン・インタフェース（例えば、ヘッドアップ、ヘッドダウン、又はヘッド・マウント型のディスプレイ）でパイロットに呈示する。そのような情報を入手可能にすることで、物に対するパイロットのアウェアネスを向上させ、特定の障害物が脅威であるかを評価する際の支援となる。幾つかのシステムは、航空機に対しての障害物の横の位置のみについての情報を提供し、これは、翼や翼端やエンジン・ナセルの高さが、障害物との衝突を避けられるものかについて、明確に考慮していない。考えられ得る危険についての三次元情報は、単なる横方向の情報よりも価値があり得る。幾つかのシステムは、設置に高い費用がかかる場合や、設置できない場合があるが、その理由は、そのシステムは、センサーとコックピットの表示ユニットとの間の電力用及び信号用のケーブルを敷設するために、費用のかかる再作業を要し得るからである。
【０００４】
[0004]  他のシステムは、翼端に取り付けられるレーダー・センサーを含み得、これは、存在する照明が、その照明をカバーする保護ガラスを通して「見える」ことの利点を用いる。標準ではないガラスの材料及び厚さは、それらのレーダーに関して、透過及び精度の問題を生じさせ得る。また、翼に対しての何れかの変更は、除氷システムや、ファウラー・フラップなどのような翼の可変構造を妨害することがあり、また、多くの商用の航空機の翼内にあり得る燃料タンクの近くに、又は燃料タンクを通して、ケーブルを敷設する必要があり得る。従って、翼に対する変更は、その変更が安全性や航空機の検定に影響を及ぼし得るという点で、欠点を有し得る。航空機の翼に取り付けられる何れの衝突回避システムも、航空機の元の設計の一部であることが適切であろう。
【発明の概要】
【０００５】
[0005]  一般に、本開示は、衝突回避システムと、そのような衝突回避システムで使用されるアンテナとに関連する様々な技術に向けたものである。本開示の技術に従った衝突回避システムは、レーダーを用いてカバレージ・エリア内の望まれない物を検出し、そのカバレージ・エリア内の望まれない物の検出に応答して、オペレーターへ通知を送る。
【０００６】
[0006]  一例では、本開示は、障害物検出システムに向けたものであり、この障害物検出システムは、スロット付き導波管レーダー送信アンテナと、スロット付き導波管レーダー受信アンテナと、前記スロット付き導波管レーダー送信アンテナと信号通信するレーダー送信機電子装置とを含み、前記レーダー送信機電子装置は、前記スロット付き導波管レーダー送信アンテナと共に、モノパルス・レーダー信号を出力するように構成される。前記障害物検出システムはまた、前記スロット付き導波管レーダー受信アンテナと信号通信するレーダー受信機電子装置を含み、前記レーダー受信機電子装置は、出力された前記モノパルス・レーダー信号に対応するレーダー反射を前記レーダー受信アンテナから受信するように構成されるデジタル・ビーム形成回路を含む。更に、前記障害物検出システムは、前記レーダー反射に基づいてターゲット検出情報の通知を生成するように構成される１以上のプロセッサーを含むことができ、前記スロット付き導波管レーダー送信アンテナと、前記スロット付き導波管レーダー受信アンテナと、前記レーダー送信機電子装置と、前記レーダー受信機電子装置と、前記１以上のプロセッサーとは、１つの統合されたパッケージを構成する。前記障害物検出システムは、例えば、航空機、自動車、船舶、又は任意の他の同様のタイプのビークルの上又は中に実装することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１Ａ】[0007]  図１Ａは、航空機に取り付けられた衝突回避システムの例示のカバレージ・エリアを示す概念図である。
【図１Ｂ】[0008]  図１Ｂは、航空機の垂直スタビライザーに取り付けられた衝突回避システムの例示の位置を更に詳細に示す概念図である。
【図２Ａ】[0009]  図２Ａは、本開示の１以上の技術に従った、衝突回避システムのコンポーネントとすることができる例示の統合型レーダー・システムの分解図を示す、概念及び組み立ての図である。
【図２Ｂ】[0010]  図２Ｂは、本開示の１以上の技術に従った、衝突回避システムのコンポーネントとすることができる例示の統合型レーダー・システムの送信用、受信用、及び通信用のアンテナを示す概念図である。
【図３Ａ】[0011]  図３Ａは、本開示の１以上の技術に従った、例示の基板統合型導波管（ＳＩＷ）エレメントを示す三次元図である。
【図３Ｂ】[0012]  図３Ｂは、各チャンネルのための分離したミキサーを持つ例示のスロット導波管アンテナ・アレイ・システムのセクションを示す。
【図３Ｃ】[0013]  図３Ｃは、４チャンネル・ミキサーと、ミキサーをパワー分割器及びローカル発振器（ＬＯ）に接続する１個のＳＩＷ部とを持つ例示のスロット導波管アンテナ・アレイ・システムのセクションを示す。
【図３Ｄ】[0014]  図３Ｄは、本開示の１以上の技術に従った、寸法及び間隔を示す、例示のＳＩＷエレメントの二次元図である。
【図３Ｅ】[0015]  図３Ｅは、本開示の１以上の技術に従った、例示のＳＩＷパワー分割器の三次元図である。
【図３Ｆ】[0016]  図３Ｆは、本開示の１以上の技術に従った、スロットとマイクロストリップとを結合するたの寸法を示す、例示のスロット導波管アンテナ・アレイ・システムの二次元図である。
【図３Ｇ】[0017]  図３Ｇは、導波管層、信号層、及びコンポーネント層を統合することができる例示の多層印刷回路板の三次元図と断面図とを組み合わせた図である。
【図４】[0018]  図４は、本開示の１以上の技術に従った、スロット導波管アンテナ・アレイ・システムを用いる例示の統合型モノパルス・レーダー・システムを示す概念的かつ概略的なブロック図である。
【図５Ａ】[0019]  図５Ａは、障害物衝突回避システムで用いることができる例示のレーダー受信チャンネル及びレーダー送信機電子装置の概念的かつ概略的なブロック図である。
【図５Ｂ】[0020]  図５Ｂは、本開示の１以上の技術に従った、レーダー受信機電子装置の一部とすることができる複数のチャンネルを示す、例示の受信モジュールの幾つかの部分の概念ブロック図である。
【図５Ｃ】[0021]  図５Ｃは、レーダー受信機電子装置に含まれることができ、多層印刷回路板に取り付けられ相互接続することができる追加のコンポーネントの幾つかを示す。
【図６】[0022]  図６は、本開示の１以上の技術に従った、衝突回避システムのための例示のレーダー送信パターンを示す概念図である。
【図７Ａ】[0023]  図７Ａないし図７Ｃは、本開示の１以上の技術に従った、衝突回避システムのための例示のレーダー受信パターンを示す概念図である。
【図７Ｂ】図７Ａないし図７Ｃは、本開示の１以上の技術に従った、衝突回避システムのための例示のレーダー受信パターンを示す概念図である。
【図７Ｃ】図７Ａないし図７Ｃは、本開示の１以上の技術に従った、衝突回避システムのための例示のレーダー受信パターンを示す概念図である。
【図８】[0024]  図８は、本開示の１以上の技術に従った、衝突回避システムのための例示のレーダー受信パターンを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
[0025]  本開示は、衝突回避システムと、そのような衝突回避システムで使用するアンテナとに関連する様々な技術を記載する。本開示の技術に従った衝突回避システムは、レーダーを用いてカバレージ・エリア内の望まれない物を検出し、そのカバレージ・エリア内の望まれない物の検出に応答して、オペレーターへ通知を送る。一例では、本開示の衝突回避システムは、航空機に取り付けることができ、カバレージ・エリアは、航空機の翼端又は機首を囲む範囲とすることができる。別の例では、本開示の衝突回避システムは、船舶に取り付けることができ、カバレージ・エリアは、船舶の周りのエリアの全て又は一部とすることができる。後に更に詳細に説明するが、カバレージ・エリアを、望ましいエリア、即ち、障害となり得るものを適切に検出するために十分な大きさであるが、多数の誤った陽性反応を生じさせないように十分に小さいエリアに制限するために、本開示の衝突回避システムは、デジタル・ビーム形成、電磁バンドギャップ分離、基板統合型導波管（substrate integrated waveguide）（ＳＩＷ）、及び他のそのような構造のうちの１以上のものを用いるアンテナを含むことができる。
【０００９】
[0026]  幾つかの実施形態では、アンテナと関連する電子装置との双方を含む衝突回避システムは、１つの統合されたパッケージとして実装することができる。１つの統合されたパッケージは、多くの場合、航空機の垂直スタビライザーの最上部のレードーム内などのような、様々な位置に取り付けられるように、十分に小さく且つ十分に重量が軽い。更に、衝突回避システムは、ディスプレイやユーザー端末とワイヤレスで通信することができ、従って、衝突回避システムは、長いワイヤを敷く必要なしに取り付けることができる。別の例では、衝突回避システムは、ユーザー端末、飛行情報システム、ビークル情報システム、鉄道や自動車の交通管理システム、又はそれらと似たものなどのような他のシステムと通信するための他の技術を、実装することができる。衝突回避システムは、光、有線（例えば、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、ＵＳＢなど）、又は他のこれらと似た接続や通信媒体を用いて、他のシステムと通信することができる。
【００１０】
[0027]  図１Ａは、航空機に取り付けられた衝突回避システムの例示のカバレージ・エリアを示す概念図である。図１Ａは、例示の衝突回避システムを持つ航空機１０を示し、衝突回避システムは、航空機１０の垂直スタビライザー１６の中又は上に取り付けることができる。例示の衝突回避システムは、左レーダー・カバレージ・エリア１２Ｌ及び右レーダー・カバレージ・エリア１２Ｒ（まとめて「レーダー・カバレージ・エリア１２」）の中の物を検出するように構成することができる。レーダー・カバレージ・エリア１２は、約８０度の広さのエリアを含むことができる。衝突回避システムからの情報は、航空機１０の機首レードーム内に取り付けることができる天候レーダー・システムからの情報と組み合わせることができる。航空機の機首に配される完全な天候レーダー・システムは、機首位置から１２０度ないし１８０度の間の広さの領域をカバーするために、地上オペレーションの間に使用することができる。
【００１１】
[0028]  例示の衝突回避システムは、更に、例えば、Ｗｉ−Ｆｉを介して、通信エリア１４にわたって通信するように構成することができる。通信エリア１４の図は、通信エリアの単なる一例を表す。他のサイズ及び形状の通信エリアを用いることもできる。Ｗｉ−Ｆｉ通信エリア１４は、衝突回避システム内の通信回路により作り出すことができる。衝突回避システムは、レーダー・カバレージ・エリア１２内で検出されたターゲットからのターゲット検出情報を受信し、通信エリア１４内の少なくとも１個の外部ディスプレイへターゲット検出情報を送信することができる。Ｗｉ−Ｆｉカバレージ・エリアはまた、ワイヤレス・ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮ）データリンクとして説明することができる。衝突回避システムは、Ｗｉ−Ｆｉ通信エリア１４で、航空機１０内部の外部ディスプレイや航空機１０外部の他のディスプレイへ、信号を送信することができる。例えば、地上オペレーションの間に航空機１０の案内を支援する１以上の安全性観察者又は「ウィング・ウォーカー（wing walker）」は、衝突回避システムからターゲット検出情報を受信できるディスプレイ・ユニットを携帯することができる。
【００１２】
[0029]  衝突回避システムはまた、航空機をターミナルへ案内する際に支援するように、空港の旅客ゲートの近くに取り付けることができる。この地上走行の案内の例では、衝突回避システムは、無線又は有線の通信技術を用いて、ディスプレイ・デバイスなどのような他のデバイスと通信することができる。
【００１３】
[0030]  衝突回避システムの他の例示の応用は、埃や雪が吹き上げられているときなどのような劣化視覚環境（degraded visual environment）（ＤＶＥ）での衝突回避及び着陸支援のためにヘリコプターで使用することを、含むことができる。無人航空機（ＵＡＶ）は、衝突回避システムを含むことができる。衝突回避システムは、列車の操作者や鉄道交通管理者側へ障害物となり得るものを通知するために、列車や鉄道踏切に取り付けることができる。また、衝突回避システムは、船舶で、入港や出港のときや、水路や運河を通行しているときなどのような、操作が制限されているときに、案内のために用いることができる。船舶の衝突回避システムはまた、世界の特定のエリアにおいて海賊行為の危険性に面するときの早期の警告のために、使用することができる。本開示の技術は、主に航空機を参照して説明されるが、ここで説明される技術が航空機に限定されないことと、他のタイプのビークルや船舶や、静止した構造にも実装できることとを、理解すべきである。
【００１４】
[0031]  図１Ｂは、航空機１０の垂直スタビライザー１６に取り付けられた衝突回避システムの例示の位置を更に詳細に示す概念図である。例示の衝突回避システムは、航空機１０の垂直スタビライザー１６に取り付けられた１以上の統合型レーダー・システムを含むことができる。例えば、統合型レーダー・システム１８Ｌは、モノパルス・レーダー回路、スロット付き導波管レーダー送信アンテナ、スロット付き導波管レーダー受信アンテナ、及び外部通信回路を含むことができる。幾つかの例では、衝突回避システムの様々なコンポーネントは、１つの統合されたパッケージに収容することができる。統合型レーダー・システム１８Ｌは、航空機１０の垂直スタビライザー１６の最上部にある既存のレードームに取り付けることができる。本開示では、「スロット導波管」という用語と「スロット付き導波管」という用語とは、交換可能に用いられ得る。既存のレードームは、ＶＨＦ全方位無線標識（ＶＯＲ）ナビゲーション・アンテナにより用いられるレードームと同じものであり得る。衝突回避システムは、既存のレードームの左側と右側とに取り付けられる２個の統合型レーダー・システム１８Ｌ及び１８Ｒを含むことができ、これらは、航空機１０の両側でカバレージを提供することができ、そのカバレージは、航空機１０の両方の翼端を超えたカバレージを含む。例えば、統合型レーダー・システム１８Ｌ及び１８Ｒは、図１Ｂに示すレーダー・カバレージ・エリア１２を提供することができる。
【００１５】
[0032]  統合型レーダー・システム１８Ｌは、航空機の垂直スタビライザーに含まれることができる他の構造を避けるように構成することができる。例えば、幾つかの垂直スタビライザーは、落雷保護システムの一部である導電ストリップを含み得る。また、幾つかの例では、垂直スタビライザーは、高周波数（ＨＦ）長距離通信アンテナなどのような１以上のアンテナを含み得る。そのような構造を妨害しないように構成され、また、それらの構造が統合型レーダー・システムの性能に干渉しないように構成された衝突回避システム及び統合型レーダー・システムは、他の例に勝る利点を有することができる。一例では、統合型レーダー・システム１８Ｌは、高さが約４インチ（約１０１．６ｍｍ）であり、長さが約８インチ（約２０３．２ｍｍ）であり、厚さが約１インチ（約２５．４ｍｍ）である（４”×８”×１”（約１０１．６ｍｍ×約２０３．２ｍｍ×約２５．４ｍｍ））。ＵＡＶへ載せるなどのような他の例では、統合型レーダー・システム１８は、更に小さいものとすることができる。
【００１６】
[0033]  また、統合型レーダー・システム１８Ｌは、最小限の変更で、電力を、垂直スタビライザー内の既存の電力から引き出すように構成することができる。例えば、統合型レーダー・システム１８Ｌは、垂直スタビライザー内に既に配されている既存のシステムから電力を引き出すように構成することができる。衝突回避システムは、地上走行中などのような地上オペレーションのときに最大の利点を有するので、地上でのみ使用される既存のシステムから電力を引き出す統合型レーダー・システム１８は、他の例に勝る利点を有する。例えば、統合型レーダー・システムは、地上オペレーションの間にのみ使用される地上走行照明システムから電力を引き出すことができる。
【００１７】
[0034]  図２Ａは、本開示の１以上の技術に従った、衝突回避システムのコンポーネントとすることができる例示の統合型レーダー・システムの分解図を示す、概念及び組み立ての図である。図２は、例示の統合型レーダー・システム１００を示し、これは、ＳＩＷ  Ｔｘアンテナと、保護用のカバー又はシールド１０４とを含むことができる。統合型レーダー・システム１００は、例えば、図１Ｂに示す統合型レーダー・システム１８Ｌ及び１８Ｒと同じタイプの統合型レーダー・システムとすることができる。図２Ａの例では、統合型レーダー・システムは、ＳＩＷアンテナ層１０２と１以上の回路層１０３とを含む多層印刷回路板（ＰＣＢ）１０１として、実施される。回路層１０３は、８チャンネル受信機チップ１０８Ａ−１０８Ｄ、アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１０６Ａ−１０６Ｄ、及び他の回路エレメントを含むことができる。アナログ−デジタル変換器は、「ＡＤＣ」とも呼ばれる。
【００１８】
[0035]  多層ＰＣＢ１０１は、レーダー送信機電子装置、レーダー受信機電子装置、１以上のプロセッサー、通信用電子装置、電力の調節及び分配、クロック／タイマー、及び他の回路及びコンポーネントを実装する回路及びコンポーネントを含むことができる。１以上のプロセッサーは、レーダー送信機電子装置及びレーダー受信機電子装置を制御するように、及びレーダーのターゲットを処理及び識別し、通信用電子装置を用いて通知及び情報をユーザーへ送るように、構成することができる。プロセッサーは、マイクロプロセッサー、コントローラー、デジタル信号プロセッサー（ＤＳＰ）、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）、システム・オン・チップ（ＳＯＩ）、又は同等の個別の又は統合された論理回路のうちの何れか１つ又は複数のものを、含むことができる。プロセッサーは、集積回路、即ち、集積処理回路とすることができ、また、集積処理回路は、固定のハードウェアの処理回路、プログラマブルの処理回路、及び／又は固定とプログラマブルとの組み合わせの処理回路として、実現することができる。
【００１９】
[0036]  ＳＩＷアンテナ層１０２は、１以上の回路層１０３の回路の経路及びコンポーネントと電気的に接続することができる。幾つかの例では、めっきされたバイアは、１以上の回路層１０３の間での、及びＳＩＷアンテナ層１０２への接続を、提供することができる。バイアは、めっきされた又はめっきされていない孔とすることができ、これは、ドリルで又はエッチングで空けられるか、又は多層ＰＣＢ１０１の層間に形成することができる。めっきされるバイアは、層を電気的に接続するために、導電性の材料でめっきすることができる。導電性の材料の幾つかの例は、銅、はんだ、導電性エポキシ、又は他の材料を含むことができる。
【００２０】
[0037]  保護シールド１０４は、例示の統合型レーダー・システム１００を覆い、構造的サポートを提供する。保護シールド１０４は、成型されたプラスチック、打ち抜き又は成形されたシート状金属、又は他の適切な材料を含むことができる。保護シールド１０４は、電磁干渉（ＥＭＩ）に対するシールドを提供するための１以上のエリアにおける導電性コーティングを含むことができる。保護シールド１０４は、電力、通信、又は他の接続のための貫通部（penetrations）を含むことができ、また、統合型レーダー・システム１００をしっかりと取り付けるように構成することができる。
【００２１】
[0038]  動作中、統合型レーダー・システム１００は、１以上の回路層１０３のコンポーネント内で位相シフト・コマンドを部分的に用いることにより、受信したレーダー反射に関してのデジタル電子ビーム・ステアリングを提供することができる。レーダー送信アンテナと信号通信するレーダー送信機電子装置は、固定された幅の広いビーム照射（illumination）であるモノパルス・レーダー信号を出力、例えば、送信するように構成される。レーダー受信アンテナと信号通信するレーダー受信機電子装置は、照射された送信エリア内で走査する「ペンシル・ビーム」モノパルス受信パターンにより、反射したレーダー信号を探す。換言すると、この例の統合型レーダー・システム１００は、周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）デュアル・アンテナ・レーダー・システムであり、これは、送信において幅広ビーム照射を提供し、次に、幅広送信照射エリア内でのサーチを行うものである電子的に走査される受信ビームを提供する。ＦＭＣＷレーダー信号は、非常に細密な分解能を提供し、非常に低い受信機帯域及び低いデータ・レートを許容する。これは、３つの次元の全てにおける分解能を含む。換言すると、統合型レーダー・システム１００は、考えられ得る衝突の脅威のＸ、Ｙ、Ｚの位置を突き止めることができる。ターゲットの高さの位置を見つけることは、誤った警告を低減することに関しての利点を有することができる。例えば、衝突回避システムは、翼の下を通過するが、翼やエンジン・ナセルや航空機の他の部分を危険にさらさない高さの物を、検出することができる。
【００２２】
[0039]  ベースバンド周波数でのデジタル電子ビーム・ステアリングは、無線周波数（ＲＦ）成分が少なくなるので、費用及び複雑性を低減する利点を提供する。デジタル電子ビーム・ステアリングはまた、複数の同時のビームを受信することも可能である。
【００２３】
[0040]  一例では、統合型レーダー・システム１００は、１ＫＨｚと２ＭＨｚとの間のベースバンドへのダウン・コンバージョンの前に、１６ＭＨｚ第１中間周波数（ＩＦ）を用いるヘテロダインＦＭＣＷレーダーを用いることができる。統合型レーダー・システム１００は、送信アレイにおいてデュアル・ダイレクト・デジタル・シンセシス（ＤＤＳ）を用いて、１６ＭＨｚオフセットを適用することができる。ヘテロダイン・システムは、ＲＦ信号をベースバンドのゼロに近い周波数へと直接に変換するためにホモダイン受信機を用いる他のＦＭＣＷレーダーに勝る利点を、提供することができる。統合型レーダー・システム１００は、１６ＭＨｚを含む通過帯域を有するコンポーネントを含むことができる。それらのコンポーネントはまた、同時のベースバンドへのダウン・コンバージョン、Ｉ／Ｑチャンネル形成、及び４ビット位相シフトを、提供することができる。周波数ダウン・コンバージョンと共に多機能コンポーネントを用いることにより、統合型レーダー・システム１００は、たとえホモダイン受信機が受信においてＩ／Ｑミキサーを使用したとしても、標準のホモダイン受信機に勝る利点を提供することができる。このように、統合型レーダー・システム１００は、性能における利点を得ることができる。少数の例は、Ｉ／Ｑ精度（真の９０度オフセット）、４ビット位相シフト、微細な距離及び高さの分解能、低い受信機帯域、低いデータ・レート、小さいサイズ、軽量、低電力消費、統合されたパッケージ、及び既存のプラットフォームへの容易なレトロフィットを含む。
【００２４】
[0041]  図２Ｂは、本開示の１以上の技術に従った、衝突回避システムのコンポーネントとすることができる例示の統合型レーダー・システムの送信用、受信用、及び通信用のアンテナを示す概念図である。図２Ｂは、図２Ａに示すＳＩＷアンテナ層１０２の放射用及び受信用の部分を、より詳細に示す。ＳＩＷアンテナ層１０２は、Ｗｉ−Ｆｉアンテナ１２０と、ＳＩＷ受信機（Ｒｘ）アレイ１２２と、分離エリア１２４と、ＳＩＷ送信（Ｔｘ）アンテナ１２６とを含むことができる。ＳＩＷ  Ｒｘアレイ１２２は、１以上のレーダー受信機アンテナ・サブアレイ１３２Ａ−１３２Ｄを含むことができる。各サブアレイは、ＳＩＷアンテナ・デバイス１３０を含むことができる。図２Ｂの例では、サブアレイ１３２Ａ−１３２Ｄのそれぞれは、８個のＳＩＷアンテナ・デバイス１３０を含む。明瞭にするために、図２Ｂでは、アンテナ・デバイス１３０のみに番号を付けて示している。ＳＩＷアンテナ・デバイス１３０はまた、スロット付き導波管アンテナ・デバイスとも呼ばれる。従って、ＳＩＷ  Ｒｘアレイ１２２は、スロット付き導波管レーダー受信アンテナと考えることができる。ＳＩＷ  Ｔｘアンテナ１２６は、スロット付き導波管レーダー送信アンテナと考えることができる。
【００２５】
[0042]  ＳＩＷ  Ｔｘアンテナ１２６は、１以上のＳＩＷ  Ｔｘアンテナ・デバイス１３４Ａ及び１３４Ｂ（まとめて、ＳＩＷ  Ｔｘアンテナ・デバイス１３４）を含むことができる。各ＳＩＷ  Ｔｘアンテナ・デバイス１３４は、その構成及び機能がＳＩＷアンテナ・デバイス１３０と似たものとすることができる。ＳＩＷ  Ｔｘアンテナ１２６（又はスロット付き導波管レーダー送信アンテナ）は、レーダー送信機電子装置と信号通信することができる。レーダー送信機電子装置は、スロット付き導波管レーダー送信アンテナと共になり、レーダー信号を所定のカバレージ・エリアへ出力するように構成することができる。所定のカバレージ・エリアは、図１Ａのレーダー・カバレージ・エリア１２と似たものとすることができる。本開示では、レーダー送信電子装置という用語とレーダー送信機電子装置という用語とは交換可能に用いられ得る。
【００２６】
[0043]  ＳＩＷ  Ｒｘアレイ１２２（又はスロット付き導波管レーダー受信アンテナ）は、レーダー受信機電子装置と信号通信することができる。レーダー受信機電子装置は、出力されたレーダー信号に対応するレーダー反射をレーダー受信アンテナから受け取るように構成されるデジタル・ビーム形成回路を、含むことができる。出力されたレーダー信号は、所定のカバレージ・エリアに存在する物で反射し得る。レーダー受信機電子装置は、所定のカバレージ・エリアに存在する物からの反射信号について、１以上のプロセッサーへ情報を送信することができる。１以上のプロセッサーは、第１カバレージ・エリアから受信したレーダー反射に応答して通知を作成するように、構成することができる。
【００２７】
[0044]  分離エリア１２４は、ＳＩＷ  Ｔｘアンテナ１２６から来る出力されたレーダー信号を、ＳＩＷ  Ｒｘアレイ１２２との干渉から分離するために、用いることができる。分離エリア１２４は、統合型レーダー・システム１００の適切な機能を確実なものとするための寸法を有するようにし、そのための材料から構成することができる。例えば、分離エリア１２４は、電子バンド・ギャップ構造や吸収性構造などのような構造とすることができる。寸法及び／又は材料は、統合型レーダー・システム１００の動作周波数に応じて様々なものとなり得る。
【００２８】
[0045]  Ｗｉ−Ｆｉアンテナ１２０は、ワイヤレス・ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮ）を用いての通信に用いる信号を送信及び受信するように、構成することができる。Ｗｉ−Ｆｉアンテナ１２０は、統合型レーダー・システム１００内の１以上のプロセッサーから情報を受信するように構成された、統合型レーダー・システム１００内の電子通信回路と、通信するように結合することができる。例えば、電子通信回路は、多層ＰＣＢ１０１の一部とすることができる。電子通信回路は、Ｗｉ−Ｆｉアンテナ１２０と共になり、統合型レーダー・システム１００の外部のディスプレイ・ユニット又は他のユニットと通信するように、構成することができる。外部ディスプレイ・ユニットの幾つかの例は、タブレット・コンピューターや手持ち型のモバイル・デバイスを含むことができる。
【００２９】
[0046]  図３Ａは、本開示の１以上の技術に従った、例示のＳＩＷエレメントを示す三次元図である。ＳＩＷエレメント１３１は、図２Ｂに示すＳＩＷアンテナ・デバイス１３０のコンポーネントとすることができる。ＳＩＷエレメント１３１は、放射用スロット層１４０、第１ＳＩＷ部１４２、接地層１４４、及び第２ＳＩＷ部１５０を含むことができる。ＳＩＷエレメント１３１は、第１波長（Ａλｇ）の第１無線周波数（ＲＦ）エネルギーで動作するように構成することができ、Ａλｇは、ＳＩＷ材料の内部の第１ＲＦエネルギーの波長であり、Ａλは、自由空間における第１ＲＦエネルギーの波長である。
【００３０】
[0047]  第１ＳＩＷ部１４２は、２以上のバイア１５２の行を含むことができる。各バイアは、めっきされたバイア、即ち、各バイアの内面が銅などのような導電性材料でめっきされたものとすることができる。バイアの寸法及び放射用スロット層１４０のスロットとの間隔及び関係は、後に図３Ｄで詳細に説明する。
【００３１】
[0048]  放射用スロット層１４０は、各ＳＩＷの第１層を形成することができ、各バイア１５２により貫通されずに各バイア１５２と電気的に接続することができる。放射用スロット層１４０は、スロットの行１４１に配された複数のスロットを含むことができる。スロットの行１４１は、バイア１５２の行と平行に且つバイアの各行の間に、配することができる。複数のスロットの各スロットは、放射用スロット層１４０を貫通するものであり得る。接地層１４４は、第１ＳＩＷ部の第２層を形成することができ、各バイア１５２により貫通されずに各バイア１５２と電気的に接続することができる。従って、接地層１４４は、放射用スロット層１４０と電気的に接続することができる。
【００３２】
[0049]  第２ＳＩＷ部１５０は、２以上のバイア１５２Ａの行と、マイクロストリップ変換器（transition）１４８を含むことができる。第２ＳＩＷ部１５０は、接地層１４４に接着することができる。バイア１５２Ａは、接地層１４４を貫通せずに接地層１４４と電気的に接続することができる。従って、バイア１５２Ａ、バイア１５２、接地層１４４、及び放射用スロット層１４０は、電気的に接続される。更に、バイア１５２Ａ及びバイア１５２は、その孔が接地層１４４などのような金属層と接続されるが金属層を貫通しないという点で、「止まり穴」と考えることができる。従って、様々な層のバイアは、垂直に重なるように構成することができる。換言すると、バイアは、互いに物理的に接続しないが互いに整列するように、構成することができる。この配置は、様々な応用において利点を有することができるが、その理由は、例えば、この配置が回路のレイアウトに関する柔軟性を提供するからである。第１ＳＩＷ部１４２と第２ＳＩＷ部１５０との双方は、１以上のボンドプライ（bondply）層を含むことができる。
【００３３】
[0050]  マイクロストリップ変換器１４８は、信号周波数に応じた特定の寸法及び形状を有することができる。マイクロストリップ変換器１４８は、マイクロストリップ変換器１４８が結合スロット１４６に刺激を与えるように、結合スロット１４６と関連して配置することができる。
【００３４】
[0051]  結合スロット１４６は、接地層１４４を貫通することができる。結合スロット１４６は、第１ＳＩＷ部１４２を第２ＳＩＷ部１５０に接続することができる。幾つかの例では、ＳＩＷエレメント１３１は、受信エレメントである。放射用スロット層１４０へ突き当たる反射レーダー信号は、第１ＳＩＷ部１４２へ貫通することができる。第１ＳＩＷ部１４２は、反射したレーダー信号からの何れの受信したＲＦエネルギーも、結合スロット１４６へ案内することができる。結合スロット１４６は、ＲＦエネルギーを、更に第２ＳＩＷ部１５０へ結合することができる。他の例では、ＳＩＷエレメント１３１は、送信エレメントである。第２ＳＩＷ部１５０は、レーダー送信機電子装置からＲＦエネルギーを受け取り、そのＲＦエネルギーを、結合スロット１４６を通じて第１ＳＩＷ部１４２へ結合することができる。
【００３５】
[0052]  ターミナル・エッジ１５４は、第２ＳＩＷ部１５０、接地層１４４、及び第１ＳＩＷ部１４２を貫通するものであり得る。図３Ａの例は、    ターミナル・エッジ１５４を、層間を通るスロットとして示している。この例では、スロットは、銅などのような導電性材料でめっきすることができる。ターミナル・エッジ１５４の長い縁部は、バイア１５２の行に対して垂直となるようにすることができる。ターミナル・エッジ１５４は、放射用スロット層１４０を貫通せずに放射用スロット層１４０と電気的に接続することができる。従って、ターミナル・エッジ１５４は、放射用スロット層１４０を接地層１４４へ電気的に接続することができる。ＳＩＷエレメント１３１の他の構成と相対してのターミナル・エッジ１５４の特定の寸法、間隔及び物理的位置については、後に図３Ｄなどで詳細に説明する。
【００３６】
[0053]  ＳＩＷは、上部及び下部の導波管表面に関しては、銅クラッドＰＣＢで構成することができ、導波管体積に関しては、ＰＣＢの誘電体、そして導波管壁部に関しては、めっきされたバイア（別名は孔）で、構成することができる。換言すると、ＳＩＷは、基板内に導波管を作る送信ラインである。その導波管は、矩形の導波管の壁部としての２列の孔のラインと、矩形キャビティを形成するための上部と下部との金属層とから構成される。ＳＩＷ導波管は、（ａ）基板と、（ｂ）孔間のギャップと、（ｃ）金属層と基板との間の面の粗さとが原因で、アルミニウムの導波管よりも高い挿入損失に苦しむ。しかし、これは、一般に４アンテナ・ビームを必要とするモノパルス・レーダーなどのようなレーダー・システムの開発の際に、多くの利点を生じさせる。幾つかの利点は、ＳＩＷでは矩形の導波管を非常に薄く且つ軽くできるということを含み、これは、その重量が低く慣性モーメントが相対的に小さいので、多くの機械的にステアリングされるアンテナに役立つ。ＳＩＷアンテナは、ＰＣＢ版のスロット付き導波管アンテナである。ＳＩＷアンテナは、アルミニウムから作られるスロット付き導波管アンテナなどのような他のタイプのスロット付き導波管アンテナに勝る利点を有することができる。例えば、ＳＩＷ構造において満たされた基板は、より多くのスロットを１つのブランチへ配することを可能にし、それにより、ＳＩＷアンテナ・アレイは、隙間の小さい狭いビーム幅を提供することができ、これは多くの応用において有益である。
【００３７】
[0054]  ＳＩＷモノパルス・アンテナ・アレイの幾つかの例は、多くの困難を有し得る。それらは、スロット間での強い相互結合、レイアウト及び位置決めの困難性、等価導波管内波長（equivalent guide wavelength）の概算の複雑性、及び一貫性のある製造の困難性、及び他の困難性を含み得る。本開示の技術を用いるＳＩＷアンテナは、高度に統合され、高度にシールドされ、製造が容易で、信頼性のあるＳＩＷモノパルス・アンテナ・アレイとなることができる。
【００３８】
[0055]  図３Ｂは、各チャンネルのための分離したミキサーを持つ例示のスロット導波管アンテナ・アレイ・システムのセクションを示す。図３Ｂは、例示のＳＩＷエレメント１３１を、統合型スロット導波管アンテナ・アレイ・システムの一部とすることができる追加のコンポーネントと共に示す。図３Ａに示すように、ＳＩＷエレメント１３１は、放射用スロット層１４０、第１ＳＩＷ部１４２、及び第２ＳＩＷ部１５０を含むことができる。接地層１４４などのようなＳＩＷエレメント１３１の他のコンポーネントは、明瞭化のために省略している。図３Ｂは、ミキサー１６４及び第３ＳＩＷ部１５８を含む追加のエレメントを示す。図３Ｂはまた、例示のＳＩＷアンテナ・デバイスの例示の断面１６０と、アンテナ・サブアレイ・レイアウト１６２とを示す。例示の断面１６０は、放射用スロット層１４０、第１ＳＩＷ部１４２、接地層１４４、信号層、及び追加の基板及び接地層を示す。例示の断面１６０は、４層ＰＣＢを示し、これはスロット層、接地層、信号層、及び第２接地層を有し、基板はそれぞれの金属層の間にある。他の例では、断面１６０は、３層、５層、又はそれより多い層を示すものとなり得る。
【００３９】
[0056]  アンテナ・サブアレイ・レイアウト１６２は、図２Ｂに示すＳＩＷアンテナ・デバイス１３０と似た８個のＳＩＷアンテナ・デバイスを含むことができる。各ＳＩＷアンテナ・デバイスは、個別のレーダー・チャンネルに専用のものとすることができる。アンテナ・サブアレイ・レイアウト１６２はまた、それぞれのデバイス／チャンネルに対するミキサー１６４Ａと、８ウェイ・パワー分割器（ＰＤ）１７６とを含むことができる。アンテナ・サブアレイ・レイアウト１６２の例は、断面１６０に示すように、８ウェイ・パワー分割器１７６を、１つの層にレイアウトされたものとして示す。８ウェイ・パワー分割器１７６は、ローカル発振器（ＬＯ）からの各経路長が同じ長さになるように構成することができる。これは、電圧制御発振器（ＶＣＯ）などのようなＬＯからの信号が同じバルスで同じ時間に各ミキサー１６４Ａに到達することを、保証することができる。
【００４０】
[0057]  第３ＳＩＷ部１５８は、バイア１５２Ｃと、２個のマイクロストリップ変換器１４８Ａ及び１４８Ｂとを含むことができる。バイア１５２Ｃは、バイア１５２とは直径及び間隔が異なるものとすることができ、第１ＳＩＷ部及び第２ＳＩＷ部により用いられるＲＦエネルギーとは異なるＲＦエネルギーで動作するように構成することができる。第３ＳＩＷ部１５８は、異なる波長及び周波数のＲＦエネルギーで動作するように構成することができる。第３ＳＩＷ部１５８は、ミキサー１６４を、アンテナ・サブアレイ・レイアウト１６２に示す８ウェイ・パワー分割器１７６へ接続することができる。第３ＳＩＷ部１５８のエリアは、信号転送エリア１６５のための場所を提供することができる。信号転送エリア１６５は、ミキサー１６４の出力、制御信号、及び他の信号などのような信号を搬送することができる。信号転送エリア１６５はまた、信号転送エリア１６５の信号トレースにより搬送される信号と相互に作用することができる電子コンポーネントを含むことができる。図３Ｂに示していない一例では、ミキサー１６４の出力は、バイア１５２や１５２Ａや１５２Ｃとは異なる別個の導電性バイアを用いて信号転送エリアへ到達することができる。図３Ｂの例では、パワー分割器は、他の例で見られ得るように、導波管ではなく、多層ＰＣＢ１０１の金属層上にある。金属層上のパワー分割器は、費用、製造性、及び信頼性についての利点を提供することができ、また、レーダー・システムのための小型化を可能にする。
【００４１】
[0058]  図３Ｃは、４チャンネル・ミキサーと、ミキサーをパワー分割器及びローカル発振器（ＬＯ）に接続する１個のＳＩＷ部とを持つ例示のスロット導波管アンテナ・アレイ・システムのセクションを示す。各チャンネルに対する個別のミキサーに代えて、図３Ｃの例が４チャンネル・ミキサー１７２及び１７２Ａを示しているところを除いて、図３Ｃは図３Ｂと似ている。図３Ｃはまた、アンテナ・サブアレイ・レイアウト１６２と類似であり、８個のデバイス／チャンネルを持つ例示のアンテナ・サブアレイ・レイアウト１７０を示すが、図３Ｃの例は、ＬＯを２個の４チャンネル・ミキサー・コンポーネントに接続し、従って２ウェイＰＤを必要とするのみであることが異なる。図３Ｃに示す２ウェイＰＤは、図３Ｂの８ウェイＰＤ１７６と同様に、ローカル発振器（ＬＯ）をミキサー１７２へ接続するように動作する。図３Ｃの例は少ない数のミキサー及び少ない数のＰＤ回路トレースを含むので、追加のコンポーネントのために第３ＳＩＷ部１６８の上及び下の層により多くのスペースを、及び／又は追加の回路トレースやコンポーネントのためにスペースを、許容することができる。換言すると、ＳＩＷエレメント１７４Ａ及び１７４Ｂを含むことができる第３ＳＩＷ部１６８は、類似の第３ＳＩＷ部１５８よりも大きくすることができるので、信号転送エリア１６５Ａは、類似の信号転送エリア１６５よりも大きくすることができる。これは、例えば、ハードウェア・コンポーネント領域１６６において、コンポーネントのための又は信号を搬送するトレースのための追加のスペースを、許容することができる。「回路トレース」という用語、「トレース」という用語、及び「回路経路」という用語は、本開示では交換可能に使用され得る。
【００４２】
[0059]  図３Ｂに示す８ウェイ・パワー分割器１７６のレイアウトと同様に、図３Ｃは、等しい長さの経路を持つ例示の２ウェイ・パワー分割器１７６Ａを示す。これは、ＶＣＯなどのようなＬＯからの信号が、同時に同じパルスで各ミキサー１７２Ａに到達することを保証することができる。
【００４３】
[0060]  図３Ｄは、本開示の１以上の技術に従った、寸法及び間隔を示す、例示のＳＩＷエレメントの二次元図である。図３Ｄは、めっきされたバイア又は孔の行１５２Ｄにより定められるＳＩＷを示す。この開示では、孔、めっきされた孔、バイア、及びめっきされたバイアは、特に指定されないかぎり、交換可能に用いられ得る。図３Ｄは、各行の隣接する孔の中心線間の間隔を実質的に等しく定めており、この実質的に等しいとは、製造許容誤差内で等しいということを意味する。換言すると、同じ行の隣接する孔の間の間隔は、等しいか、又は製造における任意の変動値を加算又は減算したものである。例えば、ＳＩＷパワー分割器１９０において示すように、ｄ１＝ｄ２である。ＳＩＷパワー分割器１９０は、上記の８ウェイＰＤ１７６及び２ウェイＰＤ１７６Ａとは異なることにに留意されたい。ＳＩＷパワー分割器１９０は、ＳＩＷ材料及び構成で実装されるパワー分割器である。上記の８ウェイＰＤ及び２ウェイＰＤは、回路層の上又は１つの層の上に実装され、金属又は他の導電性材料で作られる。ＳＩＷパワー分割器１９０は、本開示の技術に従ったＳＩＷレイアウトの別の例である。ＳＩＷパワー分割器１９０は、図３ないし図３Ｃには示していない。
【００４４】
[0061]  孔の中心線ｄ１とｄ２との間の等距離は、式「Ｎ×ｄ＝（１／４）λｇ」に従って１／４等価導波管内波長で均等に分割することができる。図３Ｄの例では、等しい孔の間隔は、「（１／８）λｇ」と定義することができる。換言すると、バイアの間隔は、ＲＦエネルギーの特定の波長／周波数に関して動作するように選択することができる。従って、バイア１５２Ｄの各行について、バイアの第１行の各バイアの中心線を、バイアの第１行の隣接するバイアの中心線から「（１／８）Ａλｇ」離れるようにすることができる。同様に、バイアの第２行の各バイアの中心線を、バイアの第２行の隣接するバイアの中心線から「（１／８）Ａλｇ」離れるようにすることができる。
【００４５】
[0062]  図３Ｄの例は、ＳＩＷ導波管の幅（ａ）を、式「ａ＝（２ｎ）×ｄ」に従って、各行のバイアの中心線間の等距離（ｄ）の偶数倍として定める。例えば、ｎ＝３を選択すると、ＳＩＷの幅「ａ＝６ｄ」（１８２）となる。ＳＩＷの幅「ａ＝６ｄ」を選択すると、ＳＩＷパワー分割器１９０において示すように、孔１８３が短い縁部の中央となる。これは、性能において他の選択に勝る利点を有することができる。図３Ｄに示すように、バイアの第１行は、バイアの第２行と実質的に平行であり、バイアの第１行の中心線は、バイアの第２行の中心線から「（３／４）Ａλｇ＝６ｄ」（１８２）離れている。ここにおいて、実質的に平行とは、製造許容誤差内で平行であることを意味する。換言すると、第１行の中心線は、第２行の中心線と平行であるか、又は製造における任意の変動値を加算又は減算した範囲にある。
【００４６】
[0063]  変動値及び許容誤差は、本開示の全体において適用される。例えば、先に「ａ＝６ｄ」と記載したＳＩＷ幅１８２は、「ａ＝６ｄ±製造又は他のソースからの許容誤差」を意味すると理解すべきである。
【００４７】
[0064]  図３Ｄはまた、放射用スロットの行を示す。放射用スロットの行の各放射用スロットの長さ、間隔、及び位置を選択することにより、即ち、各「１／２λｇ」（１８１）あたり４個の孔とすることを繰り返すことにより、各スロットの周りの反射を同じとすることができる。図３Ｄは、放射用スロットの行における最終の放射用スロット１８４Ａ−１８４Ｃを示す。換言すると、各放射用スロットが同じ長さ及び間隔を有するように選択し、かつ１８４Ｃなどのような最終の放射用スロットの長い縁の中心線がターミナル・エッジ１８６Ｃから「（１／４）Ａλｇ」のところにあるように配置することにより、各放射用スロットの各側のめっきされたバイアからの４間隔（４ｄ）反射ゾーンが得られる。図３Ｄは、この４間隔反射ゾーンを項目１８１で示し、これは、４ｄ、例えば、放射用スロットに沿った中心線から中心線までの、孔間の４つの等しいスペースを示す。
【００４８】
[0065]  同様に、ターミナル・エッジ１８６Ａ（バイアの行）及び１８６Ｂ（めっきされたスロット）の代替例に関して、最終の放射用スロットの長い縁の中心線がターミナル・エッジから「（１／４）Ａλｇ」（１８８）のところにあるように最終の放射用スロット１８４Ａ及び１８４Ｂを配置することにより、放射用スロットに対する４間隔反射ゾーンが得られる。１８６Ａで示されるバイアの行のターミナル・エッジは、寸法と波長とが正確に一致しない場合、誤差を生じさせる。なぜなら、最後のスロットの中心からバイアの行の「縁」までの等価距離が、「（１／４）λｇ」よりも実際に小さいからである。ミリ波周波数帯域では、これは望ましくない結果を生じさせる原因となり得る。幾つかの例では、めっきされたスロット（１８６Ｂ）又はエッジめっき部（１８６Ｃ）は、１８６Ａで示すバイアの行に勝る利点を有することができる。本開示の技術に従ったＳＩＷスロット導波管アンテナは、一貫性及び信頼性のあるＳＩＷの設計及び性能のための利点を有することができる。
【００４９】
[0066]  図３Ｅは、例示のＳＩＷパワー分割器の三次元図である。図３Ｅは、例示のＳＩＷパワー分割器１９０を示し、これは、図３Ｄに示すＳＩＷパワー分割器１９０と同じように構成される。図３Ｅに示す例示のＳＩＷパワー分割器１９０は、バイア１５２Ｄを含み、ＳＩＷ幅「ａ＝６ｄ」（１８２）であり、これにより孔１８３が短い縁部の中央となる。図３Ｅはまた、３個のマイクロストリップ変換器を示すが、明瞭化のために、マイクロストリップ変換器１４８Ｃのみにラベル付けしている。図３Ｅは、ＳＩＷパワー分割器の例示のインプリメンテーションの三次元図を示す。ＳＩＷパワー分割器は、パワー分割器１７６及び１７６Ａとは区別されるが、その区別される点は、パワー分割器１７６及び１７６Ａが例示の多層ＰＣＢ１０１の回路層に実装され得るが、ＳＩＷパワー分割器１９０はＳＩＷ層に実装され得るということである。
【００５０】
[0067]  図３Ｆは、本開示の１以上の技術に従った、スロットとマイクロストリップとを結合するたの寸法を示す、例示のスロット導波管アンテナ・アレイ・システムの二次元図である。各チャンネルは結合スロット１４６Ｅを有することができる。結合用スロット１４６Ｅのスロットの短い縁の中心線からターミナル・エッジ１５４Ｅまでの距離は、下記の式により得ることができる。
Ｄｃ＝（ｎ／２）λｇ    （ｎ＝１，２，３，・・・，Ｎ）
図３Ｆの例は、ターミナル・エッジ１５４Ｅを、めっきされたスロットとして示す。マイクロストリップ変換器１４８Ｅとターミナル・エッジ１５４Ｅとの間の距離は、下記の式に従って得ることができる。
ＤＴ＝（（ｎ＋１）／２）λｇ    （ｎ＝１，２，３，・・・，Ｎ）
【００５１】
[0068]  デジタル・アクティブ・フェーズド・アレイに関して、Ｄｃ及びＤＴが長くなると、Ｄｃ及びＤＴが短い場合よりも高い挿入損失に苦しむ。しかし、Ｄｃ及びＤＴが大きい場合、他の層に追加のコンポーネントを配するための追加のスペースを提供する。換言すると、「ｎ＞１」は、追加のコンポーネントのための、より多くのスペースを提供する。図３Ｆの例は、挿入損失を最小にするための「ｎ＝１」を示し、その結果は「Ｄｃ＝λｇ／２」及び「ＤＴ＝λｇ」である。本開示の技術に従った結合スロットの位置及びマイクロストリップの位置を伴うＳＩＷスロット導波管アンテナは、一貫性及び信頼性のあるＳＩＷの設計及び性能のための利点を有することができる。レイアウト及び恩恵（（２ｎ−１）／Ｎ−１結合）は、損失とバック回路（back circuit）のための十分なエリアとのバランスをとる。図３Ｆの例で示すように、各ＳＩＷエレメントのターミナルは、図３Ｄに示すように、多くのバイア又は孔（１８６Ａ）ではなく、１個のめっきされたスロット孔を用いて、接地層、例えば、接地層１４４へ接続する。
【００５２】
[0069]  図３Ｇは、導波管層、信号層、及びコンポーネント層を統合することができる例示の多層ＰＣＢの三次元図と断面図とを組み合わせた図である。図３Ｇは、第１ＳＩＷ部１４２Ｂと第３ＳＩＷ部１５８Ｂとの例示の断面図１９５と三次元図とを含む。図３Ｇの例では、第１ＳＩＷ部１４２Ｂ及び第３ＳＩＷ部１５８Ｂは、図３Ｂに示す例示の第１ＳＩＷ部１４２及び第３ＳＩＷ部１５８と同じように構成される。
【００５３】
[0070]  断面図１９５は、基板層１９６Ａ−１９６Ｄを含み、また、明瞭化のためにラベル付けしていないが、図３Ｂで説明した金属層、例えば、スロット層、接地層、信号層、及び第２接地層を含む。断面図１９５で示された例示の多層ＰＣＢの部分は、ＲＦフロント・エンド１９８、バイア１５２Ｃを伴う第３ＳＩＷ部１５８Ａ、バイア１５２を伴う第１ＳＩＷ部１４２Ａ、及び放射用スロット層１４０を含む。バイア及び放射用スロット層１４０は、図３Ｇの例では、図３Ｂの例及び上述の他の図におけるものと同じように構成される。結合スロット１４６Ｂは、第１ＳＩＷ部１４２Ａを基板層２（１９６Ｂ）へ接続する。幾つかの例では、多層ＰＣＢ１０１は、他の層間に追加の結合スロットを含むことができる。マイクロストリップ変換器１４８Ｄ及び１４８Ｅは、ＳＩＷと信号層との間の接続を提供し、上述のマイクロストリップ変換器１４８と同じように機能する。
【００５４】
[0071]  図４は、本開示の１以上の技術に従った、スロット導波管アンテナ・アレイ・システムを用いる例示の統合型モノパルス・レーダー・システムを示す概念的かつ概略的なブロック図である。図４は、ＳＩＷ  Ｒｘアレイ・エレメント２００及びＳＩＷ  Ｔｘアレイ２０２を示し、これらは図２Ｂに示すＳＩＷ  Ｒｘアレイ１２２及びＳＩＷ  Ｔｘアンテナ１２６と似たように機能する。Ｒｘミキサー２０４は、図３Ｂからのミキサー１６４と似た動作を行う。基準信号２１８は、ローカル発振器（ＬＯ）信号とすることができ、これは、図３Ｂに示す類似の８ウェイ分割器を通過することができる。受信機ＩＣ２０６及びＡＤＣ２１２Ａ−２１２Ｄは、図２Ａに示す受信機チップ１０８Ａ−１０８Ｄ及びＡ／Ｄ変換器１０６Ａ−１０６Ｂと類似のものとすることができる。受信機ＩＣ２０６の特徴の幾つかを実施することができる例示のコンポーネントは、ＡＤ９６７０  オクタル・ウルトラサウンド（Octal Ultrasound）・アナログ・フロント・エンド（ＡＦＥ）受信機を含むことができ、これについては後に詳細に説明する。
【００５５】
[0072]  Ｒｘミキサー２０４は、ＳＩＷ  Ｒｘアレイ・エレメント２００から入力を受け取り、デジタル・シンセサイザー送信機２１６から基準信号２１８を受け取り、ＳＩＷ  Ｒｘアレイ・エレメント２００により受け取った反射レーダー信号をダウンコンバートすることができる。Ｒｘミキサー２０４は、ダウンコンバートされたレーダー受信信号を、個々の受信チャンネルのための個々の受信機集積回路（ＩＣ）２０６へ出力することができる。受信機ＩＣ２０６は、個々の受信チャンネルのための個々の信号を、図４の例で示すＡＤＣ２１２Ｃなどのような個々のＡＤＣへ、出力することができる。
【００５６】
[0073]  ＦＰＧＡプロセッサー及びコントローラー２１４（「ＦＰＧＡ２１４」）は、デジタル化された信号を、様々な受信チャンネルＡＤＣ２１２Ａ−２１２Ｃから受信することができる。ＦＰＧＡ２１４は、デジタル受信ビーム・ステアリング、ターゲットの検出の処理及び分析の機能を行うことができ、ターゲット情報を外部通信システムへ送って、１以上のディスプレイ・トステムへ更に送られるようにすことができる。例えば、ＦＰＧＡ２１４は、レーダー送信機電子装置を制御することができ、これは、ＳＩＷレーダー送信アレイ２０２と共になってレーダー信号を出力するように構成される。レーダー送信機電子装置は、デジタル・シンセサイザー送信機２１６を含むことができる
【００５７】
[0074]  ＦＰＧＡ２１４はまた、レーダー受信機電子装置を制御することができ、これは、Ｒｘミキサー２０４、４個の受信機集積回路（ＩＣ）２０６、加算増幅器２１０、及びＡＤＣ２１２Ａ−２１２Ｄを含むことができる。レーダー受信機電子装置は、デジタル・ビーム形成回路を含むことができ、これは、出力されたレーダー信号に対応するレーダー反射を受信するように、及びレーダー反射と関連する信号をＦＰＧＡ２１４へ送信するように構成される。ＳＩＷ  Ｒｘアレイ・エレメント２００は、レーダー受信アンテナとして動作し、そのスロット層の表面へ突き当たるレーダー反射を収集する。ＳＩＷ  Ｒｘアレイ・エレメント２００は、図２Ｂに示すように、ＳＩＷ  Ｒｘアレイ１２２内のサブアレイ１３２Ａの１個のＳＩＷアンテナ・デバイス１３０とすることができる。レーダー受信電子装置という用語とレーダー受信機電子装置という用語とは、本開示では交換可能に用いられ得る。
【００５８】
[0075]  ＦＰＧＡ２１４及びデジタル・シンセサイザー送信機２１６は、受け取ったレーダー信号を、更なる処理のために低い周波数へと変換する回路を含むことができる。更なる処理は、ビーム・ステアリング、ターゲットの検出及び位置判定、及び他の機能を含むことができる。ＦＰＧＡ２１４及びデジタル・シンセサイザー送信機２１６により行われる他のタイプの機能は、同位相及び直角位相の処理（Ｉ及びＱ）、フィルタ処理、周波数、位相、及び振幅の制御、変調、ダイレクト・デジタル合成（ＤＤＳ）、及び他の機能を含むことができる。デジタル・ビーム形成は、ヘテロダイン処理を含むことができる。デジタル・ビーム形成回路は、超音波周波数範囲で動作するように構成することができる。
【００５９】
[0076]  図５Ａは、障害物衝突回避システムで用いることができる例示のレーダー受信チャンネル及びレーダー送信機電子装置の概念的かつ概略的なブロック図である。図５Ａの例示の図は、１個の受信チャンネルと、ＲＦ周波数から他の周波数までのスーパーヘテロダイン・アップ・コンバージョン及びダウン・コンバージョンの例示のインプリメンテーションとを示す。衝突回避システムの一部であり得る他の受信チャンネルは、明瞭化するために、図５Ａには示していない。
【００６０】
[0077]  図５Ａは、図４に示すスロット導波管アンテナ・アレイを用いる統合型レーダー・システム１００の幾つかの部分の追加の詳細部分を含む。図５Ａは、図４に示すＳＩＷ  Ｒｘアレイ・エレメント２００と、ＳＩＷ  Ｔｘアレイ２０２と、Ｒｘミキサー２０４とを含むことができる。図５Ａに示す追加のコンポーネントは、ＦＰＧＡプロセッサー及びコントローラー２１４、デジタル・シンセサイザー送信機２１６、及び受信機ＩＣ２０６に含まれることができる。図５Ａは、ＶＣＯ３００、ローカル発振器（ＬＯ）フィード・ネットワーク３０２、及び他の受信チャンネル３０４を、同位相及び直角位相（Ｉ及びＱ）ユニット３０６、ロー・パス・フィルター（ＬＰＦ）３０８及び３１２、及びアナログ−デジタル変換器３１０及び３１４と共に示す。他のレーダー電子装置は、ＦＰＧＡ２１４Ａ、シンセサイザー３２２、１２８ＭＨｚマスター・クロック３２４、周波数分割器３２６、デュアル・デジタル・ダイレクト合成（ＤＤＳ）ユニット３２８、Ｉ／Ｑ単側波帯（ＳＳＢ）ミキサー３３０、及び増幅器３３２を含むことができる。また、Ｗｉ−Ｆｉシステム３２０は、ＦＰＧＡ２１４Ａから情報を受け取ることができる。
【００６１】
[0078]  図５Ａに示すレーダー受信機電子装置は、ＳＩＷ  Ｒｘアレイ・エレメント２００からの受信レーダー信号を、中間周波数（ＩＦ）１６ＭＨｚ（３４１）へ、及び受信ビーム・ステアリングを含み得る更なる処理のために、より低い周波数へダウンコンバートする。レーダー送信機電子装置は、広い方位角及び狭い仰角のＲＦエネルギーを、送信（Ｔｘ）アレイ２０２を通して送信することができる。
【００６２】
[0079]  図５Ａの例で示されるＶＣＯ３００は、２４ＧＨｚ信号を生成し、これは、ＬＯフィード・ネットワーク３０２へ配信され、更にＲｘミキサー２０４へ配信される。ＬＯフィード・ネットワーク３０２は、例えば、図３Ｂや図３Ｃに示す８ウェイ・パワー分割器１７６や２ウェイパワー分割器１７６Ａとして機能することができる。ＶＣＯ３００はまた、２４ＧＨｚをＩ／Ｑ  ＳＳＢミキサー３３０へ配信する。ＶＣＯ３００は、シンセサイザー３２２から入力を受け取ることができる。２４ＧＨｚが一例として示されている。他の例では、ＶＣＯ３００は、１３ＧＨｚなどのような他の周波数を生成することができる。
【００６３】
[0080]  ＬＯフィード・ネットワーク３０２は、２４．０ＧＨｚ  ＬＯ信号を、他の受信チャンネル３０４及びＲｘミキサー２０４へ出力することができ、このＲｘミキサー２０４は、図４に示すＲｘミキサー２０４と同じように機能する。図５Ａの例では、Ｒｘミキサー２０４は、ＳＩＷ  Ｒｘアレイ・エレメント２００からの２４．０１６ＧＨｚ反射レーダー信号を、１６ＭＨｚの中間周波数（ＩＦ）（３４０）へと変換する。これらの周波数の値は、単なる例示である。統合型レーダー・システム１００はまた、他の周波数を用いることができる。Ｒｘミキサー２０４は、１６ＭＨｚのＩＦ（３４０）をＩ及びＱユニット３０６へ出力することができる。
【００６４】
[0081]  シンセサイザー３２２は、デジタルＰＬＬシンセサイザー内で分割比を変更する方法を用い、比較周波数の整数倍ではない周波数を提供することができる。分割器は、分割比間で交互に変えることにより、整数比ではなくフラクショナル分割比（fractional division ratio）を用いることができる。一例は、基本的デジタルＰＬＬループを用いるフラクショナルＮシンセサイザーを含むことができる。アナログ・デバイセズ（Ａｎａｌｏｇ  Ｄｅｖｉｃｅｓ）のコンポーネントＡＤＦ１４５９、ダイレクト・モジュレーション・フラクショナルＮ周波数シンセサイザーは、フラクショナルＮシンセサイザーの一例である。しかし、幾つかの例では、フラクショナルＮシンセサイザーは、受信機において偽のターゲットとして現れるスプリアス信号を生成し得る。シンセサイザー３２２の他の例は、フラクショナルＮシンセサイザーに勝る利点を有し得るダイレクト・デジタル・シンセサイザーを含むことができる。
【００６５】
[0082]  周波数合成は、様々な形のダイレクト・デジタル・シンセサイザー、フェーズ・ロック・ループ、周波数逓倍器、及び他の方法を用いることができる。シンセサイザー３２２は、線形のＦＭＣＷ波形を生成し、また、ＦＰＧＡ２１４Ａから制御及び他の入力を受け取ることができる。
【００６６】
[0083]  Ｉ及びＱユニット３０６は、同位相及び直角位相の機能と共に、位相シフト機能を含むことができる。モノパルス・レーダーは、戻ってきたレーダー信号の実数部と虚数部との双方から情報を得ることを必要とし得る。Ｉ及びＱユニット３０６は、図５Ａに示すように、１６ＭＨｚの中間周波数（ＩＦ）の戻ってきたレーダー信号を表したものを、提供することができる。図５Ａで列挙したそれらの周波数は単なる例示である。他の周波数を使用することもできる。直角位相ダウン・コンバージョンは、１２８ＭＨｚ発振器信号を８で分割し、例えば、８×１６ＭＨｚ＝１２８ＭＨｚ、のようにすることができる。１２８ＭＨｚマスター・クロック３２４に関する用語は、基準発振器、１２８ＭＨｚ発振器、及び１２８ＭＨｚクロックを含むことができる。これらの用語は、本開示では交換可能に用いられ得る。
【００６７】
[0084]  Ｉ及びＱユニット３０６は、同時に２つの機能を行うことができる。第１に、Ｉ及びＱユニット３０６は、１２８ＭＨｚクロック信号３２４を８で割り、デジタル制御で４ビット位相シフトを提供することができる。４ビット位相シフトと同時に、Ｉ及びＱユニット３０６は、同位相（Ｉ）及び直角位相（Ｑ）の信号部分を形成し、１６ＭＨｚ  ＩＦ周波数を、１ｋＨｚと２ｋＨｚとの間のベースバンドへとダウンコンバートする。Ｉ信号部分及びＱ信号部分はまた、「Ｉ」チャンネル及び「Ｑ」チャンネルと呼ばれる。Ｉ及びＱユニット３０６からの出力は、ＬＰＦ３０８及び３１２を通過し、ＡＤＣ３１０及び３１４は、戻ってきた信号の各部分をデジタル化することができる。ＡＤＣ３１０及び３１４は、周波数分割器３２６から入力を受け取ることができる。周波数分割器３２６とＩ及びＱユニット３０６との双方は、１２８ＭＨｚマスター・クロック３２４から１２８ＭＨｚクロック信号を受け取ることができる。周波数分割器３２６は、信号をＡＤＣ３１０及び３１４へ出力することができる。
【００６８】
[0085]  ＦＰＧＡ２１４Ａは、分離したＩ信号及びＱ信号を各受信機チャンネルから受け取ることができる。ＦＰＧＡ２１４Ａは、信号を合成及び処理し、これは、図１Ａに示すようなレーダー・カバレッジ・エリア内の障害物の３Ｄ位置を決定するたのデジタル受信ビーム・ステアリングを含む。ＦＰＧＡ２１４Ａは、クロージャー（closure）のサイズ、高さ、レートを含む障害物の情報及び他の情報を処理し、Ｗｉ−Ｆｉシステム３２０へ送ることができる。Ｗｉ−Ｆｉシステム３２０は、更に、障害物の情報を１以上のディスプレイ・デバイスへ送ることができる。ＦＰＧＡ２１４Ａの１つの可能な例は、ザイリンクス（Ｘｉｌｉｎｘ）のＸＣ７ｋ７０ｔ  ７シリーズ  ＦＰＧＡを含むことができる。
【００６９】
[0086]  レーダー送信機電子装置は、デュアルＤＤＳ３２８及びＩ／Ｑ  ＳＳＢミキサー３３０を含むことができる。デュアルＤＤＳ３２８は、ＦＰＧＡ２１４Ａからコマンド及び制御入力を受け取り、Ｉ／Ｑ  ＳＳＢミキサー３３０へ１６ＭＨｚ中間周波数Ｉ信号３３４及びＱ信号３３６を送ることができる。例示のデュアルＤＤＳは、アナログ・デバイセズのＡＤ９９５８を含むことができる。
【００７０】
[0087]  Ｉ／Ｑ  ＳＳＢミキサー３３０は、デュアルＤＤＳ３２８からの信号、及びＶＣＯ３００からの２４ＧＨｚ信号を、受け取ることができる。Ｉ／Ｑ  ＳＳＢミキサー３３０は、レーダー信号を、増幅器３３２へ、そして更にＳＩＷ送信アレイ２０２へ、出力することができる。増幅器３３２の一例は、アナログ・デバイセズからのＨＭＣ８６３を含むことができる。ＳＩＷ送信アレイ２０２は、規定されたパターンのレーダー信号を出力することができる。何れの反射されたレーダー信号もＳＩＷ  Ｒｘアレイ・エレメント２００に突き当たり得るものであり、処理のためにＦＰＧＡへ導かれる。
【００７１】
[0088]  図５Ｂは、本開示の１以上の技術に従った、レーダー受信電子装置の一部とすることができる複数のチャンネルを示す、例示の受信モジュールの幾つかの部分の概念ブロック図である。図５Ｂは、図２Ｂに示すようなＳＩＷ受信機アレイ１２２の一部からの受信したレーダー信号を処理するための例示のコンポーネント及び技術を示す。図５Ｂの例は、図４及び図５Ａの他の機能の詳細を示し、それは、例示のレーダー受信機サブアレイ１３２Ａを含み、これは図２Ｂに示すもののようなものである。完全な統合型レーダー・システムは、図５Ｂに示す１以上のコンポーネント・セットを用いることができる。例えば、４個のレーダー受信機サブアレイを用いる統合型レーダー・システムは、図２Ｂに示す３２チャンネルを達成するために、図５Ｂに示す４つのコンポーネント・セットを用いることができる。
【００７２】
[0089]  受信モジュール３５０は、レーダー受信機アンテナ・サブアレイ１３２Ａ、各チャンネルのためのＶＣＯ３００、Ｒｘミキサー２０４Ａ−２０４Ｈ、オクタル・アナログ・フロント・エンド（ＡＦＥ）受信機３５２、同位相（「Ｉ」）信号と直角位相（「Ｑ」）信号との双方ための加算演算増幅器（ｏｐａｍｐ）及びＬＰＦ３５４及び３５６、デュアル・チャンネル小振幅差動信号方式（low voltage differential signaling）（ＬＶＤＳ）ユニット３５８、ＦＰＧＡクロック分周器３６０、及び電圧レギュレーター３６２を含むことができる。受信モジュール３５０内に示すコンポーネントは、多層ＰＣＢ１０１に取り付けて相互接続することができ、多層ＰＣＢ１０１は、図２Ａに示すＳＩＷアンテナ層１０２及び１以上の回路層１０３を含む。
【００７３】
[0090]  図５Ｂの例は、８個のＳＩＷ  Ｒｘアレイ・エレメント２００Ａ−２００Ｈを含むようにしたレーダー受信機アンテナ・サブアレイ１３２Ａを示す。他の例では、レーダー受信機サブアレイ１３２Ａは、８個より多くの又は少ないＳＩＷ  Ｒｘアレイ・エレメントを含むことができる。ＳＩＷ  Ｒｘアレイ・エレメント２００Ａ−２００Ｈのそれぞれは、それぞれのＲｘミキサー２０４Ａ−２０４Ｈに接続する。受信モジュール３５０内に示す８チャンネルのそれぞれのためのＲｘミキサー２０４Ａ−２０４Ｈのそれぞれはまた、ＶＣＯ３００から２４ＧＨｚＬＯ信号を受け取る。Ｒｘミキサーは、各チャンネルに関してＳＩＷ  Ｒｘアレイ・エレメントにより受信した反射レーダー信号をダウンコンバートし、入力をオクタルＡＦＥ受信機３５２へ送る。各チャンネルに関する信号経路は、図４、図５Ａ、及び後に図５Ｃにより示すように、Ｒｘミキサー２０４Ａ−２０４Ｈ以外のコンポーネントを含むことができる。図５Ｂの例は、各チャンネルに対するＲｘミキサー２０４を示す。他の例では、各チャンネルに対して１個のミキサーではなく、４チャンネル・ミキサーを用いることができる。４チャンネル・ミキサー・コンポーネントの例は、アナログ・デバイセズからのＡＤＦ５９０４を含むことができる。上述のように、ミキサー・コンポーネントは、各サブアレイと４チャンネル受信機チップとの間の経路長が等しい長さとなるようにＳＩＷサブアレイの中間に配されたとき、性能上の利点を有することができる。例えば、これは、ＶＣＯ３００からの信号が各受信機チャンネルに関して同じ時間及び同じ位相で到達することを、可能にすることができる。
【００７４】
[0091]  オクタルＡＦＥ受信機３５２は、８チャンネルのそれぞれに関して様々な機能を行うことができる。幾つかの例は、前増幅（preamplification）、高調波除去、アンチエイリアス・フィルタリング、Ｉ／Ｑ復調及び相回転、デジタル復調及びデシメーション、及びＡＤＣを通じてのデジタル信号への変換を含むことができる。オクタルＡＦＥ受信機３５２の機能の少なくとも幾つかを行うための１つの可能な例示のコンポーネントは、アナログ・デバイセズのＡＤ９６７０オクタル・ウルトラサウンド・アナログ・フロント・エンド（ＡＦＥ）受信機を含むことができる。オクタルＡＦＥ受信機３５２は、１２８ＭＨｚマスター・クロック３２４から１２８ＭＨｚクロック入力を受信することができる。オクタルＡＦＥ受信機３５２は、各チャンネルに対する同位相「Ｉ」信号を、各チャンネルに対する加算演算増幅器及びロー・パス・フィルターのセットへ出力することができ、受信モジュール３５０の例では、加算演算増幅器及びロー・パス・フィルターのセットを１つのユニット３５４として示している。同様に、オクタルＡＦＥ受信機３５２は、各チャンネルに対する直角位相「Ｑ」信号を、各チャンネルに対する加算演算増幅器及びロー・パス・フィルターのセットへ出力することができ、この加算演算増幅器及びロー・パス・フィルターのセットは１つのユニット３５６として示している。
【００７５】
[0092]  ＬＶＤＳユニット３５８は、「Ｉ」入力及び「Ｑ」入力を加算演算増幅器及びロー・パス・フィルター３５４及び３５６から、また、入力をＦＰＧＡクロック分周器３６０から、受け取ることができる。ＬＶＤＳユニット３５８は、入力信号をサンプリングし、アナログ−デジタル変換を行うために、ＬＶＤＳ又はＴＩＡ／ＥＩＡ−６４４の技術標準の下で動作することができる。ＬＶＤＳユニット３５８の１以上の機能を行うことができる例示のコンポーネントは、アナログ・デバイセズのＡＤ７３５７又はＡＤ７３５６差動入力ＡＤＣコンポーネントを含むことができる。本開示の１以上の技術に従って、ＬＶＤＳユニット３５８は、ビーム形成、障害物の識別、及び他の機能などのような、衝突回避システムにより必要とされる更なる処理のために、デジタルの「Ｉ」信号及び「Ｑ」信号を出力することができる。
【００７６】
[0093]  受信モジュール３５０はまた、電圧レギュレーター３６２を含むことができる。電圧レギュレーター３６２は、受信モジュール３５０のコンポーネントに対しての調節された電源を提供することができる。例えば、ＬＶＤＳユニット３５８は２．５Ｖの入力電圧を必要とし得るものであり、オクタルＡＦＥ受信機３５２は３．０Ｖの入力電圧を必要とし得るものである。電圧レギュレーター３６２は、受信モジュール３５０内のそれぞれのコンポーネントを適切に動作させるための電力を供給することができる。
【００７７】
[0094]  図５Ｃは、統合型レーダー・システムに含めることができるレーダー受信電子装置の一部の追加の詳細を示す概念的かつ概略的なブロック図である。明瞭化のため、図５Ｃは、例示のレーダー受信電子装置の４個のチャンネルを示す。図２Ｂに示す例示のＳＩＷ受信機アレイ１２２では、図５Ｃに示す電子装置のセットは、受信アレイの全数のチャンネルに対して繰り返される。図５Ｃは、コンポーネントの番号を同じに維持するものであり、図５Ｃのコンポーネントは、他の図におけるコンポーネントと同じである。例えば、ＳＩＷ  Ｒｘアレイ・エレメント２００Ａ−２００Ｄ及び１２８ＭＨｚマスター・クロック３２４は、図５Ｂに示すそれらのコンポーネントと同じである。
【００７８】
[0095]  図５Ｃは、多層ＰＣＢ１０１に取り付け且つ相互接続することができるレーダー受信電子装置に含まれ得る追加のコンポーネントの幾つかを示す。図５Ｃは、ＬＯフィード・ネットワーク３０２Ａ、Ｒｘミキサー２０４Ａ−２０４Ｄ、ＳＩＷ  Ｒｘアレイ・エレメント２００Ａ−２００Ｄ、中間周波数（ＩＦ）低雑音増幅器（ＬＮＡ）及びハイ・パス・フィルター（ＨＰＦ）３７０、オクタルＡＦＥ受信機３５２、「Ｉ」信号及び「Ｑ」信号のための加算演算増幅器及びロー・パス・フィルター３５４及び３５６、「Ｉ」ＡＤＣ３１４Ａ、及び「Ｑ」ＡＤＣ３１０Ａを示す。また、例示のオクタルＡＦＥ受信機３５２では、直角位相分割器３７２及びシリアル・データ・イン（ＳＤＩ）・コントローラー３７４が示されている。
【００７９】
[0096]  ＬＯフィード・ネットワーク３０２Ａは、２４ＧＨｚ発振器信号をＲｘミキサー２０４Ａ−２０４Ｄへ送ることができる。ＬＯフィード・ネットワーク３０２Ａは、入力として、図５Ｃには示していないが図５Ａには示しているＶＣＯ３００などのようなＶＣＯから２４ＧＨｚＬＯ信号を受け取ることができる。図５Ｃの例は、ローカル発振器（ＬＯ）からの各経路長が同じ長さとなるように構成されたＬＯフィード・ネットワーク３０２Ａを示す。これは、ＶＣＯなどのようなＬＯからの信号が同じ時に同じ位相でＲｘミキサー２０４Ａ−２０４Ｄのそれぞれに到達することを保証する。これは、図３Ｂに示す８ウェイ・パワー分割器１７６と類似である。
【００８０】
[0097]  Ｒｘミキサー２０４Ａ−２０４Ｄは、ＳＩＷ  Ｒｘアレイ・エレメント２００Ａ−２００Ｄから反射レーダー信号を受信してダウン・コンバージョンすることにより、先に説明したものと同じように機能する。Ｒｘミキサー２０４Ａ−２０４Ｄは、ダウンコンバートされた信号を、ＩＦ  ＬＮＡ及びＨＰＦ３７０（明確にするために「ＬＮＡ３７０」と呼ぶ）の個々のチャンネルへ出力する。ＬＮＡ３７０は、各チャンネルからオクタルＡＦＥ受信機３５２のそれぞれのチャンネルへ出力する。ＦＭＣＷレーダーの例では、ハイ・パス・フィルターは、受信機の周波数応答を設定することができる。ハイ・パス・フィルターは、約１ｋＨｚから２ＭＨｚの周波数範囲にわたって４０ｄＢ／ディケードの応答（40dB per decade response）を有するようにＩＦ応答を設定するために用いられる。この機能は、伝搬損失を距離の関数として正確にオフセッする。
【００８１】
[0098]  オクタルＡＦＥ受信機３５２は、先に述べたものと同じように機能する。また、図５Ｃには直角位相分割器３７２が示されており、これは、モノパルス・レーダー受信信号の「Ｑ」出力を作り出す位相シフト機能の手助けをする。ＳＤＩコントローラー３７４は、加算演算増幅器へのデータ・フローの管理を助けることができる。
【００８２】
[0099]  加算演算増幅器及びロー・パス・フィルター３５４及び３５６は、「Ｉ」信号及び「Ｑ」信号のそれぞれに関して加算増幅器として働く。加算演算増幅器及びＬＰＦ３５４及び３５６は、更なる処理のために、様々な受信チャンネルからの信号を組み合わせることができる。ＬＰＦ部分は、Ｉ／Ｑミキシング機能から上側の側波帯を除去することができる。
【００８３】
[0100]  「Ｉ」ＡＤＣ３４１Ａ及び「Ｑ」ＡＤＣ３１０Ａは、上述のＩ  ＡＤＣ及びＱ  ＡＤＣに関しての機能と同じ機能を行う。「Ｉ」ＡＤＣ３４１Ａ及び「Ｑ」ＡＤＣ３１０Ａは、上述のように、ダウンコンバートされフィルタリングされたレーダー受信チャンネルの４チャンネルをデジタル化し、更なる処理のために、デジタル化された信号を出力する。
【００８４】
[0101]  図６は、本開示の１以上の技術に従った、衝突回避システムのための例示のレーダー送信パターンを示す概念図である。図６は、送信アンテナ４００、広い方位角及び狭い仰角の主送信ビーム４０４、及びサイドローブ４０２を含む。レーダー送信機電子装置は、レーダー送信アンテナ４００と共に、仰角が８度より小さく且つ方位角が少なくとも６５度の送信レーダー・ビーム幅を含むレーダー信号を出力するように、構成することができる。レーダー送信アンテナ４００は、図４に示すＳＩＷ送信アレイ２０２及び図２Ｂに示すＳＩＷ  Ｔｘアンテナ１２６と同様に機能することができる。例示のＳＩＷ送信パターンは、低い仰角のサイドローブを含むことができ、これは、偽の警告及び誤った検出を避ける利点を有することができる。
【００８５】
[0102]  図７Ａ−図７Ｃは、本開示の１以上の技術に従った、衝突回避システムのための例示のレーダー受信パターンを示す概念図である。図７Ａは、例示のスロット付き導波管レーダー受信アンテナ１２２Ａを含み、これは、図２Ｂに示すＳＩＷ  Ｒｘアレイ１２２と似たものである。図７Ｂは、主受信ローブ４１０Ｂ及びサイドローブ４１２Ｂを持つ例示の受信レーダー・パターンを示す。図７Ｃは、主ローブ４１０Ｃ、サイドローブ４１２Ｃ、及び後部ローブ４１４を含む例示のレーダー受信パターンの側面図を示す。ビーム・ステアリング・レーダー受信パターンは、１００メートルの距離で少なくとも３平方メートルのターゲット検出レーダー・イメージング分解能を含むことができる。受信パターンは、少なくとも１メートルのレーダー距離分解能を含むことができ、レーダー角度分解能は、方位角及び仰角において１度及び１／２度より大きくない。
【００８６】
[0103]  図８は、本開示の１以上の技術に従った、衝突回避システムのための例示のレーダー受信パターンを示すグラフである。図８のグラフは、図７Ａ−図７Ｃに示すパターンと似たレーダー受信パターンを示す。図８は、主ローブ４１０Ｄ及びサイドローブ４０２Ｄを示す。
【００８７】
[0104]  本開示の様々な例について説明した。それら及び他の例は、特許請求の範囲の範囲内にある。
【図１Ａ】
2017215309.tif 000003
【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
2017215309.tif 000009
【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
2017215309.tif 000011
【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
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【図４】
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【図５Ａ】
2017215309.tif 000015
【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７Ａ】
2017215309.tif 000019
【図７Ｂ】
2017215309.tif 000020
【図７Ｃ】
2017215309.tif 000021
【図８】
2017215309.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成29年7月20日(2017.7.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
障害物検出システムであって、
スロット付き導波管レーダー送信アンテナと、
スロット付き導波管レーダー受信アンテナと、
前記スロット付き導波管レーダー送信アンテナと信号通信するレーダー送信機電子装置であって、前記スロット付き導波管レーダー送信アンテナと共に、モノパルス・レーダー信号を出力するように構成される、レーダー送信機電子装置と、
前記スロット付き導波管レーダー受信アンテナと信号通信するレーダー受信機電子装置であって、出力された前記モノパルス・レーダー信号に対応するレーダー反射を前記レーダー受信アンテナから受信するように構成されるデジタル・ビーム形成回路を含む、レーダー受信機電子装置と、
前記レーダー反射に基づいてターゲット検出情報の通知を生成するように構成される１以上のプロセッサーと
を含み、
前記スロット付き導波管レーダー送信アンテナと、前記スロット付き導波管レーダー受信アンテナと、前記レーダー送信機電子装置と、前記レーダー受信機電子装置と、前記１以上のプロセッサーとは、１つの統合されたパッケージを構成する、
障害物検出システム。
【請求項２】
請求項１に記載の障害物検出システムであって、前記レーダー送信機電子装置は、更に、前記レーダー送信アンテナと共に、仰角が８度より小さく且つ方位角が少なくとも６５度の送信レーダー・ビーム幅を含むモノパルス・レーダー信号を出力するように構成され、前記ターゲット検出情報のレーダー・イメージング分解能は、１００メートルの距離で少なくとも３平方メートルである、障害物検出システム。
【請求項３】
請求項１に記載の障害物検出システムであって、ワイヤレス・ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮ）データリンクを介して通信するように構成される外部通信回路をさらに含む、障害物検出システム。
【外国語明細書】
2017215309000001.pdf