特開 2019-47141 マイクロ波ＩＣ導波路装置モジュール、レーダ装置およびレーダシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2019-47141(P2019-47141A)

(43)【公開日】2019年3月22日

(54)【発明の名称】マイクロ波ＩＣ導波路装置モジュール、レーダ装置およびレーダシステム

(51)【国際特許分類】

   H01P 5/08 20060101AFI20190222BHJP

   H01P 3/02 20060101ALI20190222BHJP

   H01P 1/211 20060101ALI20190222BHJP

   H01Q 21/06 20060101ALI20190222BHJP

【ＦＩ】

   H01P5/08 L

   H01P5/08 D

   H01P3/02 100

   H01P1/211

   H01Q21/06

【審査請求】未請求

【請求項の数】29

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】44

(21)【出願番号】特願2016-65282(P2016-65282)

(22)【出願日】2016年3月29日

(71)【出願人】

【識別番号】300052246

【氏名又は名称】日本電産エレシス株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】315008773

【氏名又は名称】株式会社ＷＧＲ

(74)【代理人】

【識別番号】100101683

【弁理士】

【氏名又は名称】奥田 誠司

(74)【代理人】

【識別番号】100135703

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 英隆

(74)【代理人】

【識別番号】100188813

【弁理士】

【氏名又は名称】川喜田 徹

(72)【発明者】

【氏名】桐野 秀樹

(72)【発明者】

【氏名】加茂 宏幸

【テーマコード（参考）】

5J006

5J021

【Ｆターム（参考）】

5J006JB06

5J006LA02

5J006LA21

5J006LA25

5J021AA09

5J021AA11

5J021AB07

5J021CA02

5J021FA32

5J021HA04

5J021JA07

(57)【要約】

【課題】電磁波の減衰を低減させ、小型化、および製造が容易なマイクロ波ＩＣ導波路装置モジュールを提供する。
【解決手段】マイクロ波ＩＣ導波路装置モジュールは、貫通孔を有する基板と、基板の第１の面側に配置されるマイクロ波ＩＣと、第１の面と反対側の、基板の第２の面側に配置され、貫通孔に対向する導電性の導波面を有する導波部材と、少なくとも当該導波面に沿って拡がる部分を覆う導電部材と、導波部材の両側の人工磁気導体とを有する。導波部材の導波面は基板に沿って延びるストライプ形状を有している。マイクロ波ＩＣは、信号端子およびグランド端子の端子対を有する。基板は、貫通孔の内壁を覆い、導電部材と電気的に接続する内壁導電部を有する。信号端子およびグランド端子は、内壁導電部の、貫通孔を挟んで対向する２つの部分にそれぞれ電気的に接続されている。
【選択図】図７Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

貫通孔を有する基板であって、第１の面、および前記第１の面の反対側の第２の面を有する基板と、
前記基板の前記第１の面側に配置されるマイクロ波ＩＣと、
前記基板の前記第２の面側に配置され、前記貫通孔に対向する導電性の導波面を有する導波部材であって、前記導波面は前記基板に沿って延びるストライプ形状を有する、導波部材と、
前記第２の面の少なくとも前記導波面に沿って拡がる部分を覆う導電部材と、
前記導波部材の両側の人工磁気導体と
を有し、
前記マイクロ波ＩＣは、信号端子およびグランド端子の端子対を有し、
前記基板は、前記貫通孔の内壁を覆い、前記導電部材と電気的に接続する内壁導電部を有し、
前記信号端子および前記グランド端子は、前記内壁導電部の、前記貫通孔を挟んで対向する２つの部分にそれぞれ電気的に接続されている、
マイクロ波ＩＣ導波路装置モジュール。

【請求項2】

前記貫通孔を挟んで対向する前記２つの部分は、前記貫通孔の開口部の内壁において対向する、前記内壁導電部の２つの異なる位置に存在し、
前記信号端子および前記グランド端子は、前記２つの異なる位置でそれぞれ電気的に接続されている、請求項１に記載のマイクロ波ＩＣ導波路装置モジュール。

【請求項3】

前記第１の面の少なくとも一部を覆い、少なくとも前記貫通孔の前記第一の面側の開口を挟む２つの位置において前記内壁導電部に接続する開口縁導電部をさらに備え、
前記信号端子および前記グランド端子は、前記開口縁導電部の２つの対向する位置にそれぞれ電気的に接続されている、請求項１に記載のマイクロ波ＩＣ導波路装置モジュール。

【請求項4】

前記信号端子と前記開口の縁との間の間隔は、該開口の縁から開口中央までの距離よりも小さく、
前記グランド端子と前記開口の縁との間の間隔は、該開口の縁から開口中央までの距離よりも小さい、請求項３に記載のマイクロ波ＩＣ導波路装置モジュール。

【請求項5】

前記内壁導電部は、前記基板の前記第１の面側まで延びている、請求項１から４のいずれかに記載のマイクロ波ＩＣ導波路装置モジュール。

【請求項6】

前記内壁導電部は、前記基板の前記開口に至るまでの前記貫通孔の内部で途切れており、
前記信号端子および前記グランド端子は、はんだボールおよびボンディングワイヤの一方を用いて、前記内壁導電部の、前記貫通孔を挟んで対向する２つの部分にそれぞれ電気的に接続されている、請求項１から４のいずれかに記載のマイクロ波ＩＣ導波路装置モジュール。

【請求項7】

前記内壁導電部を貫通方向に垂直な仮想平面で切った断面形状が、長方形である、請求項１から６のいずれかに記載のマイクロ波ＩＣ導波路装置モジュール。

【請求項8】

前記内壁導電部を貫通方向に垂直な仮想平面で切った断面形状が、Ｈ字形状である、請求項１から６のいずれかに記載のマイクロ波ＩＣ導波路装置モジュール。

【請求項9】

前記内壁導電部を貫通方向に垂直な仮想平面で切った断面形状が、Ｈ字形状の上半分の形状またはＵ字形である、請求項１から６のいずれかに記載のマイクロ波ＩＣ導波路装置モジュール。

【請求項10】

前記内壁導電部の前記断面形状のそれぞれの角部は、少なくとも面取りまたはＲ形状をなす繋ぎ形状である、請求項７から９のいずれかに記載のマイクロ波ＩＣ導波路装置モジュール。

【請求項11】

前記導波部材が、前記貫通孔に対向する部位において伸びる方向は、前記マイクロ波ＩＣの前記信号端子と前記グランド端子を結ぶ仮想線に沿った方向に平行である、請求項１０に記載のマイクロ波ＩＣ導波路装置モジュール。

【請求項12】

前記導電部材は、前記基板の前記第２の面側に配置されている、請求項１０に記載のマイクロ波ＩＣ導波路装置モジュール。

【請求項13】

前記導電部材は、前記基板の内層に配置されている導体層である、請求項１０に記載のマイクロ波ＩＣ導波路装置モジュール。

【請求項14】

前記内壁導電部は、前記貫通孔内壁に固定されたハンダ層である、請求項１０に記載のマイクロ波ＩＣ導波路装置モジュール。

【請求項15】

前記内壁導電部は、前記貫通孔内に配置され、繋がった一つの部材よりなる金属である、請求項１０に記載のマイクロ波ＩＣ導波路装置モジュール。

【請求項16】

前記人工磁気導体は、
複数の導電性ロッドと、
前記複数の導電性ロッドの基部に接続された導電プレートと、
を有し、
前記複数の導電性ロッドの少なくとも一部の先端部は、前記導電部材に対向している、
請求項１から１５のいずれかに記載のマイクロ波ＩＣ導波路装置モジュール。

【請求項17】

前記導波部材の一端と、前記導波部材において前記貫通孔の中央に対向する部分との距離は、前記複数の導電性ロッドの基部と前記導電部材との間の距離よりも小さく、
前記一端は、前記複数の導電性ロッドによって囲まれている、請求項１６に記載のマイクロ波ＩＣ導波路装置モジュール。

【請求項18】

前記マイクロ波ＩＣ導波路装置モジュールは、自由空間中における波長がλｏである電磁波を含む電磁波の伝搬に用いられ、
前記電磁波が前記導電部材と前記導波面との間の導波路を伝播する際の波長をλｇとするとき、
前記導波部材の前記一端と、前記導波部材において前記貫通孔の中央に対向する部分との距離は、λｇ／２よりも小さく、
前記一端は、前記複数の導電性ロッドによって囲まれている、請求項１６に記載のマイクロ波ＩＣ導波路装置モジュール。

【請求項19】

前記基板の前記第１の面側に位置する他の人工磁気導体をさらに備え、
前記他の人工磁気導体は、
複数の他の導電性ロッドと、
前記複数の他の導電性ロッドの基部に接続された他の導電プレートと、
他の導電部材と
を有し、
前記マイクロ波ＩＣは、前記複数の他の導電性ロッドの少なくとも一部と前記他の導電部材の少なくとも一部との間に位置する、請求項１から１８のいずれかに記載のマイクロ波ＩＣ導波路装置モジュール。

【請求項20】

前記導電部材は、前記導波面に沿って拡がる前記部分を越えて広がり、前記他の導電部材の少なくとも一部を構成する、請求項１９に記載のマイクロ波ＩＣ導波路装置モジュール。

【請求項21】

前記複数の他の導電性ロッドの少なくとも一部の先端部は、前記マイクロ波ＩＣに対向している、請求項２０に記載のマイクロ波ＩＣ導波路装置モジュール。

【請求項22】

前記他の導電部材は、前記基板の前記第１の面側に配置されている、請求項２１に記載のマイクロ波ＩＣ導波路装置モジュール。

【請求項23】

前記導電部材は、前記基板の前記第２の面側に配置されている、請求項２１に記載のマイクロ波ＩＣ導波路装置モジュール。

【請求項24】

前記導電部材は、前記基板の内層に配置されている、請求項２１に記載のマイクロ波ＩＣ導波路装置モジュール。

【請求項25】

前記マイクロ波ＩＣと前記複数の他の導電性ロッドの少なくとも一部との間に樹脂層をさらに備える、請求項１から２４のいずれかに記載のマイクロ波ＩＣ導波路装置モジュール。

【請求項26】

前記樹脂層は、前記マイクロ波ＩＣおよび前記複数の他の導電性ロッドの前記少なくとも一部の先端部に接触している、請求項２５に記載のマイクロ波ＩＣ導波路装置モジュール。

【請求項27】

前記他の導電プレートに熱的に接続されたヒートシンクをさらに備える、請求項２６に記載のマイクロ波ＩＣ導波路装置モジュール。

【請求項28】

請求項１から２７のいずれかに記載のマイクロ波ＩＣ導波路装置モジュールと、
放射素子と、
前記マイクロ波ＩＣ導波路装置モジュールと前記放射素子との間で電磁波を伝搬させる導波路装置と
を備えるレーダ装置。

【請求項29】

請求項２８に記載のレーダ装置と、
前記レーダ装置の前記マイクロ波ＩＣ導波路装置モジュールに接続された信号処理回路と
を備えるレーダシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、人工磁気導体を利用して電磁波の導波を行う導波路装置に接続されて使用されるマイクロ波集積回路、レーダ装置およびレーダシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

レーダシステムで用いられるマイクロ波（ミリ波を含む）は、基板に実装された集積回路（以下本明細書では「マイクロ波ＩＣ」と称する。）によって生成される。マイクロ波ＩＣは、製法に応じて「ＭＩＣ」(Microwave Integrated Circuit)、「ＭＭＩＣ」(Monolithic Microwave Integrated Circuit、又はMicrowave and Millimeter wave Integrated Circuit)とも呼ばれる。マイクロ波ＩＣは、送信する信号波のもととなる電気信号を生成し、マイクロ波ＩＣの信号端子に出力する。電気信号は、ボンディングワイヤ等の導体線、および、後述する基板上の導波路を経て、変換部に至る。変換部は、当該導波路と導波管との接続部、つまり異なる導波路の境界部に設けられる。

【0003】

変換部は高周波信号発生部を含む。「高周波信号発生部」とは、マイクロ波ＩＣの信号端子から導線で導かれた電気信号を、導波管の直前で高周波電磁界に変換するための構成を有する部位をいう。高周波信号発生部によって変換された電磁波は導波管に導かれる。

【0004】

マイクロ波ＩＣの信号端子から、導波管直前の高周波信号発生部に至る構造として、次の２つの構造が一般的であった。

【0005】

第一の構造は、特許文献１で例示される。即ち、マイクロ波ＩＣに対応する高周波回路モジュール８の信号端子と高周波信号発生部に対応する給電ピン１０とを可能な限り接近した状態で接続し、高周波信号発生部で変換された電磁波を導波管１にて受ける構造である。この構造では、マイクロ波ＩＣの信号端子が伝送線路９により直接高周波信号発生部に接続される。その結果、高周波信号の減衰が小さくなる。他方、この第一の構造では、導波管をマイクロ波ＩＣの信号端子近くまで導く必要がある。導波管は、導電性金属により構成され、導波する電磁波の波長に対応して高周波では高精細な加工が求められる。逆に低い周波数では構造が大型化するとともに、導波する方向も制限される。その結果、第一の構造では、マイクロ波ＩＣおよびその実装基板によって形成される処理回路が大きくなるという課題があった。

【0006】

一方、第二の構造は、特許文献２で例示される。即ち、ミリ波ＩＣの信号端子を、マイクロストリップライン（Ｍｉｃｒｏ Ｓｔｒｉｐ Ｌｉｎｅ、以下本明細書では「ＭＳＬ」と略記することがある。）と呼ばれる伝送路を経由して、基板上に形成されたＭＳＬ高周波信号発生部に導き、これに導波管を接続する構造である。ＭＳＬは、基板表面にある細帯状の導体と基板裏面にある導体層とによって構成され、表面導体と裏面導体との間に生じる電界と、表面導体周囲を囲む磁界とによる電波を伝搬させる導波路をいう。

【0007】

第二の構造では、マイクロ波ＩＣの信号端子と、導波管に繋がる高周波信号発生部との間にＭＳＬが介在する。ある実験例によれば、ＭＳＬでは、その長さ１ｍｍ当たり約０．４ｄＢの減衰が生じると言われ、電波電力の減衰が問題になっている。またＭＳＬの終端にある高周波信号発生部においては、電波の発振状態を安定させる等の目的のために、誘電層と導体層との複雑な構造が必要となる（特許文献２の図３〜図８参照）。

【0008】

他方、この第二の構造は、高周波信号発生部と導波管との接続部位を、マイクロ波ＩＣから離れて配置することができる。これにより導波管構造を簡素化できるため、マイクロ波処理回路の小型化が可能であった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２０１０−１４１６９１号公報

【特許文献2】特表２０１２−５２６４３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

従来、ミリ波を含む電波の用途拡大に伴い、一つのマイクロ波ＩＣに組み込まれる電波信号のチャンネル数が複数化してきている。加えて、回路集積度の向上による小型化が進んでいる。そして一つのマイクロ波ＩＣには、複数チャンネルの信号端子が密に配置されてきた。その結果、マイクロ波ＩＣの信号端子から導波管に至る部位に、上述の第一の構造を採用することが難しくなり、もっぱら第二の構造が採用されていた。

【0011】

近年、ミリ波を用いる車載用レーダシステムなどの、車載用途への要求拡大に伴い、対象車両から一層遠方の状況をミリ波レーダにて認識することが求められている。またミリ波レーダを車室内に設置することで、レーダの設置容易性やメンテナンス性の向上も求められている。即ち、マイクロ波ＩＣから送受アンテナに至る導波路の電波減衰による損失を最小にすることが求められている。またミリ波レーダを車両前方の状況認識に加えて、側方や後方の認識用途にも適用されつつある。その場合は、サイドミラーボックス内に設置する等の小型化と、多数使用することに対する低価格化への要請も強い。

【0012】

これらの要請に対し、上述の第二の構造では、マイクロストリップラインでの損失と、導波管を用いることによる小型化の困難性・高精度加工の必要性等の課題があった。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本開示の一態様に係るマイクロ波ＩＣ導波路装置モジュールは、貫通孔を有する基板であって、第１の面、および前記第１の面の反対側の第２の面を有する基板と、前記基板の前記第１の面側に配置されるマイクロ波ＩＣと、前記基板の前記第２の面側に配置され、前記貫通孔に対向する導電性の導波面を有する導波部材であって、前記導波面は前記基板に沿って延びるストライプ形状を有する、導波部材と、少なくとも前記導波面に沿って拡がる部分を覆う導電部材と、前記導波部材の両側の人工磁気導体とを有し、前記マイクロ波ＩＣは、信号端子およびグランド端子の端子対を有し、前記基板は、前記貫通孔の内壁を覆い、前記導電部材と電気的に接続する内壁導電部を有し、前記信号端子および前記グランド端子は、前記内壁導電部の、前記貫通孔を挟んで対向する２つの部分にそれぞれ電気的に接続されている。

【発明の効果】

【0014】

本開示の例示的な実施形態によると、マイクロ波ＩＣの信号端子およびグランド端子が、内壁導電部の、貫通孔を挟んで対向する２つの部分にそれぞれ電気的に接続されている。マイクロ波ＩＣが信号端子に高周波電気信号を出力することにより、信号端子およびグランド端子からは電磁波が発生する。電磁波は、直接貫通孔に放射されて貫通孔内を伝搬し、さらに貫通孔に対向する導波部材と導電部材との間を伝搬する。マイクロストリップラインを採用せず、電磁波を貫通孔内を伝搬させることができるため、電磁波の減衰を大幅に低減することができる。また、構造を簡単化できる。これにより、マイクロ波ＩＣ導波路装置モジュールの小型化を実現できるとともに、モジュールの製造の容易性も向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、本開示の例示的な一実施形態にかかるマイクロ波ＩＣ導波路装置モジュール１００の模式的な斜視図である。

【図2】図２は、マイクロ波ＩＣ基板１１０と遮断部材１２０との間隔を極端に離した状態にあるモジュール１００を模式的に示す斜視図である。

【図3A】図３Ａは、図１に示すＡＡ’線によるモジュール１００の断面図である。

【図3B】図３Ｂは、図１に示すＡＡ’線によるモジュール１００の、他の例による断面図である。

【図4A】図４Ａは、図１に示すＢＢ’線によるモジュール１００の断面図である。

【図4B】図４Ｂは、図１に示すＢＢ’線によるモジュール１００の、他の例による断面図である。

【図5】図５は、貫通孔１４０および内壁導電部１４０ａを貫通方向に垂直な仮想平面（ＸＹ平面）で切った断面形状を示す図である。

【図6】図６は、図１に示すＣＣ’線によるモジュール１００の断面図である。

【図7A】図７Ａは、第１の例による、図６の信号発生部１４２周辺の部分拡大図である。

【図7B】図７Ｂは、第２の例による、図６の信号発生部１４２周辺の部分拡大図である。

【図8】図８（ａ）〜（ｄ）は、貫通孔１４０および内壁導電部１４０ａの断面形状の他の例を示す図である。

【図9】図９は、基板パターンＰ−１およびＰ−２と、４つの貫通孔１４０−１〜１４０−４とを有するマイクロ波ＩＣ基板１１００の上面構成例を示す図である。

【図10】図１０は、さらに他の例による、基板パターンＰ−１１およびＰ−１２と、４つの貫通孔１４０−１１〜１４０−１４とを有するマイクロ波ＩＣ基板１１０１の上面構成例を示す図である。

【図11】図１１は、マイクロ波ＩＣ１３０の＋Ｚ方向側にも、ワッフルアイアン遮断部材１２０’を設けたマイクロ波ＩＣ導波路装置モジュール１０００の例を示す図である。

【図12】図１２は、対向するマイクロ波ＩＣ１３０と導電性ロッド１２４’との間に設けられた絶縁樹脂１６０を示す図である。

【図13】図１３は、スロット３１２毎にホーン３１４を有するスロットアレーアンテナ３００の構造の一部を模式的に示す斜視図である。

【図14A】図１４Ａは、図１３に示す２０個のスロットが５行４列に配列されたアレーアンテナ３００をＺ方向からみた上面図である。

【図14B】図１４Ｂは、図１４ＡのＤ−Ｄ’線による断面図である。

【図14C】図１４Ｃは、第１の導波路装置３５０ａにおける導波部材３２２Ｕの平面レイアウトを示す図である。

【図14D】図１４Ｄは、第２の導波路装置３５０ｂにおける導波部材３２２Ｌの平面レイアウトを示す図である。

【図15】図１５は、自車両５００と、自車両５００と同じ車線を走行している先行車両５０２とを示す図である。

【図16】図１６は、自車両５００の車載レーダシステム５１０を示す図である。

【図17】図１７（ａ）は、車載レーダシステム５１０のアレーアンテナＡＡと、複数の到来波ｋとの関係を示す図であり、（ｂ）はｋ番目の到来波を受信するアレーアンテナＡＡを示す図である。

【図18】図１８は、本開示による車両走行制御装置６００の基本構成の一例を示すブロック図である。

【図19】図１９は、車両走行制御装置６００の構成の他の例を示すブロック図である。

【図20】図２０は、車両走行制御装置６００のより具体的な構成の例を示すブロック図である。

【図21】図２１は、応用例におけるレーダシステム５１０のより詳細な構成例を示すブロック図である。

【図22】図２２は、三角波生成回路５８１が生成した信号に基づいて変調された送信信号の周波数変化を示す図である。

【図23】図２３は、「上り」の期間におけるビート周波数ｆｕ、および「下り」の期間におけるビート周波数ｆｄを示す図である。

【図24】図２４は、信号処理回路５６０がプロセッサＰＲおよびメモリ装置ＭＤを備えるハードウェアによって実現されている形態の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

＜用語＞
「マイクロ波」は、周波数が３００ＭＨｚから３００ＧＨｚまでの範囲にある電磁波を意味する。「マイクロ波」のうち、周波数が３０ＧＨｚから３００ＧＨｚまでの範囲にある電磁波を「ミリ波」と称する。真空中における「マイクロ波」の波長は、１ｍｍから１ｍの範囲にあり、「ミリ波」の波長は、１ｍｍから１０ｍｍの範囲にある。

【0017】

「マイクロ波ＩＣ（マイクロ波集積回路素子）」は、マイクロ波帯域の高周波信号を生成または処理する半導体集積回路のチップまたはパッケージである。「パッケージ」は、マイクロ波帯域の高周波信号を生成または処理する１個または複数個の半導体集積回路チップ（モノリシックＩＣチップ）を含むパッケージである。本開示において、「マイクロ波ＩＣ」を「ＭＭＩＣ」と称する場合がある。また、ミリ波帯域の高周波信号を生成または処理する「マイクロ波ＩＣ」を「ミリ波ＩＣ」と称する場合がある。

【0018】

以下、添付の図面を参照しながら、本開示によるマイクロ波ＩＣ導波路装置モジュールの実施形態を説明する。

【0019】

図１は、本開示の一実施形態にかかるマイクロ波ＩＣ導波路装置モジュール１００が備える基本構成の、限定的ではない例を模式的に示す斜視図である。図１では、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ方向を示すＸＹＺ座標が示されている。座標系および本願の図面に示される構造物の向きは、説明のわかりやすさを考慮して設定されており、本開示の実施形態が現実に実施されるときの向きをなんら制限するものではない。また、図面に示されている構造物の全体または一部分の形状および大きさも、現実の形状および大きさを制限するものではない。

【0020】

マイクロ波ＩＣ導波路装置モジュール１００は、マイクロ波ＩＣ基板１１０と、プレート状のワッフルアイアン遮断部材１２０と、マイクロ波ＩＣ１３０とを備えている。以下、記載の簡略化のため、マイクロ波ＩＣ導波路装置モジュールを「モジュール」と、ワッフルアイアン遮断部材を「遮断部材」と略記する。また、遮断部材１２０を「導電プレート」と呼ぶことがある。

【0021】

まずモジュール１００の概要を説明する。

【0022】

マイクロ波ＩＣ基板１１０および遮断部材１２０は、導波路（導波管およびリッジ導波路）を形成している。マイクロ波ＩＣ基板１１０には、導波管として機能する貫通孔（後述）が設けられている。マイクロ波ＩＣ１３０の少なくとも１組の信号端子およびグランド端子は貫通孔に接続され、電磁波を発生させる。電磁波はそのまま貫通孔内を伝搬し、さらにその先に設けられたリッジ導波路を伝搬する。リッジ導波路は、マイクロ波ＩＣ基板１１０の下面および遮断部材１２０によって形成された、人工磁気導体として機能し得るワッフルアイアン構造中に設けられている。このような人工磁気導体を利用するリッジ導波路（以下、ＷＲＧ：Ｗａｆｆｌｅ−ｉｒｏｎ Ｒｉｄｇｅ ｗａｖｅＧｕｉｄｅと称する場合がある。）は、マイクロ波またはミリ波帯において、損失の低いアンテナ給電路を実現できる。

【0023】

以下、モジュール１００の構成を詳細に説明する。

【0024】

モジュール１００では、マイクロ波ＩＣ基板１１０と遮断部材１２０とは間隔を開けて配置されており、その間隔はモジュール１００内を伝搬する電磁波の波長との関係で定められる。たとえば、モジュール１００を伝搬される電磁波の自由空間における波長を４ｍｍとすると、マイクロ波ＩＣ基板１１０と遮断部材１２０との間隔は２ｍｍ未満である。モジュール１００の寸法については後に詳細に説明する。

【0025】

マイクロ波ＩＣ基板１１０は、ＸＹ平面に平行な下面１１０ａおよび上面１１０ｂを有する。下面１１０ａは、マイクロ波ＩＣ基板１１０の−Ｚ側の面（遮断部材１２０と対向している側の面）である。上面１１０ｂは、マイクロ波ＩＣ基板１１０の＋Ｚ側の面（遮断部材１２０と対向していない側の面）である。なお、下面１１０ａおよび上面１１０ｂはそれぞれ厳密にＸＹ平面に平行でなくてもよく、一部が曲面形状を有していてもよい。

【0026】

マイクロ波ＩＣ基板１１０の上面１１０ｂにはマイクロ波ＩＣ１３０が設けられている。マイクロ波ＩＣ１３０は、能動素子（たとえばトランジスタ、ダイオード）と、受動素子（たとえば伝送線路、抵抗、容量、インダクタンス）とが集積化された回路である。さらに、複数の機能をもつ回路が集積された回路も、マイクロ波ＩＣ１３０の範疇である。単一の半導体基板の上に１個以上のマイクロ波ＩＣが集積化された場合には、特に「モノリシックマイクロ波集積回路」（ＭＭＩＣ）と呼ばれる。

【0027】

マイクロ波ＩＣ１３０は、たとえばレーダシステムのアンテナ素子から放射される信号波（電磁波）のもととなる電気信号を生成する。あるいはマイクロ波ＩＣ１３０は、レーダシステムのアンテナ素子を介して受け取った信号波（電磁波）から得られた電気信号を処理する。マイクロ波ＩＣ１３０の詳細な機能および当該機能を実現するための内部構成の詳細の説明は省略する。

【0028】

遮断部材１２０は、複数の導電性ロッド１２４を有する。詳細は図２を参照しながら説明する。

【0029】

図２は、わかりやすさのため、マイクロ波ＩＣ基板１１０と遮断部材１２０との間隔を極端に離した状態にあるモジュール１００を模式的に示す斜視図である。

【0030】

遮断部材１２０は、導波部材１２２と、複数の導電性ロッド１２４とを備えている。

【0031】

導波部材１２２は、細長いストライプ形状の導波面１２２ａを有している。マイクロ波ＩＣ基板１１０と遮断部材１２０とが組み付けられたとき、導波面１２２ａはマイクロ波ＩＣ基板１１０の下面１１０ａに沿って延びる。

【0032】

一例として、マイクロ波ＩＣ基板１１０の下面１１０ａには、図２には示されていない導電部材が設けられており、当該導電部材は導波面１２２ａに沿って導波面１２２ａの上方を覆っている。モジュール１００において生成された信号波（電磁波）、またはアンテナ素子によって受信された信号波（電磁波）は、導波面１２２ａと、当該導波面１２２ａに対向する導電部材の部分との間を伝搬する。

【0033】

図２にはさらに、マイクロ波ＩＣ基板１１０とマイクロ波ＩＣ１３０とが、Ｚ方向に離れた状態で記載されている。マイクロ波ＩＣ基板１１０は、その上面１１０ｂから下面１１０ａに貫通する貫通孔１４０を有している。貫通孔１４０の内壁は導電体で覆われている。本明細書では、内壁に設けられた導電体を包括的に、「内壁導電部１４０ａ」と呼ぶ。内壁導電部１４０ａは、マイクロ波ＩＣ基板１１０の上述した導電部材と電気的に接続されている。

【0034】

マイクロ波ＩＣ１３０は、マイクロ波ＩＣ基板１１０の上面１１０ｂに対向する側の面に、少なくとも１組の信号端子Ｓおよびグランド端子Ｇを有している。図２には、マイクロ波ＩＣ１３０を透過して見たときの信号端子Ｓおよびグランド端子Ｇが記載されている。

【0035】

信号端子Ｓおよびグランド端子Ｇは、貫通孔１４０を挟んで対向する内壁導電部１４０ａの２つの位置に電気的に接続されている。信号端子Ｓおよびグランド端子Ｇと内壁導電部１４０ａとが接続された部分が電磁波の信号発生部として機能する。これにより、内壁導電部１４０ａを電磁波が伝搬する。

【0036】

マイクロ波ＩＣ基板１１０と遮断部材１２０とが組み付けられたとき、導波面１２２ａと、マイクロ波ＩＣ基板１１０の下面１１０ａにおける貫通孔１４０の開口位置とは対向する。これにより、貫通孔１４０から導波面１２２ａへと、または導波面１２２ａから貫通孔１４０へと電磁波が伝搬し得る。本明細書では、互いに対向する導波面１２２ａおよび貫通孔１４０の開口部分とで挟まれた空間部位を、「接続部」と呼ぶ。図２の導波面１２２ａには、接続部の射影がハッチングによって示されている。

【0037】

貫通孔１４０のＺ軸に垂直な平面で切った断面形状は、後述する通り、Ｘ方向に長辺を持つ長方形である。貫通孔１４０の＋Ｚ方向端部は、前述したとおり、マイクロ波ＩＣ１３０の信号端子Ｓおよびグランド端子Ｇと電気的に接続されている。これにより貫通孔１４０の内部では、信号端子Ｓの接続部とグランド端子Ｇの接続部との間で、高周波電界が生じる。本実施形態では±Ｙ方向に電界が生じる。またこれと同時にこの電界に対応する磁界も生じ、これらが貫通孔１４０の内壁に形成された導電体による導波管を通じて、−Ｚ方向の端部に伝搬される。この高周波電磁界は、接続部を経由して、後述する通り、マイクロ波ＩＣ基板１１０の下面１１０ａに形成された導電部材と、これに対向する導波面１２２ａとで形成された導波路と繋がっている。この場合、導波面１２２ａの延びる方向は、電界が生じる方向に沿う方向である。即ち本実施形態では、＋Ｙ方向に沿う方向である。導波面１２２ａから貫通孔１４０を経由してマイクロ波ＩＣ１３０に向う電磁波の伝搬の場合は、上記とは逆に動作することになる。

【0038】

なお、信号端子Ｓの接続部とグランド端子Ｇの接続部との間で生じた高周波電界は、＋Ｚ方向にも伝搬する。当該高周波電界を遮断するための構成は、図１１等を参照しながら後に詳述する。

【0039】

＋Ｙ方向から−Ｙ方向を見たとき、導波部材１２２の先端部（接続部の射影よりも−Ｙ方向の部分）１２２ｅは開放されている。先端部１２２ｅは複数の導電性ロッド１２４によって囲まれている。

【0040】

導波部材１２２の先端部１２２ｅと、当該先端部の延長方向に並ぶ複数の導電性ロッド１２４は、チョーク構造１５０を構成している。チョーク構造１５０は、導波部材１２２の一端から電磁波が漏洩することを抑制するための構造である。チョーク構造１５０に含まれる導波部材１２２の先端部の長さは、導波面１２２ａを伝搬する電磁波の波長λｇとするとき、λｇ／４である。チョーク構造１５０を設けることにより、接続部を介して、貫通孔１４０から導波面１２２ａへ、または導波面１２２ａから貫通孔１４０へ、電磁波を効率よく伝送することができる。

【0041】

図３Ａは、図１に示すＡＡ’線によるモジュール１００の断面を示す。図３Ａには、モジュール１００の各部材の寸法の範囲の例が示されている。図３Ａでは、マイクロ波ＩＣ基板１１０の下面１１０ａ全体に、導電部材１１０ｃが設けられている。よって、導波面１２２ａと導電部材１１０ｃとの距離Ｌ１、および導電性ロッド１２４の先端部１２４ａと導電部材１１０ｃとの距離Ｌ２は等しい。

【0042】

図３Ｂは、図１に示すＡＡ’線によるモジュール１００の、他の例による断面を示す。図３Ｂでは、マイクロ波ＩＣ基板１１０の下面１１０ａのうち、導波面１２２ａに対向する領域に導電部材１１０ｃ−１が設けられ、他の領域には１１０ｃ−１は設けられていない。図３ＢはＸＺ平面による断面を示しているが、導電部材１１０ｃ−１は、導波面１２２ａに対向しながらＹ方向にも延びていることに留意されたい。

【0043】

導電部材１１０ｃ−１のＸ方向の幅、換言すれば、導波面に沿って拡がる部分は、導波面１２２ａよりも広く、たとえば導波面１２２ａに隣接するロッド１２４の少なくとも２列分の幅を有する。「２列分」とは、導波面１２２ａの一方の側の一列と他方の側の一列である。導波面１２２ａにより±Ｙ方向に伝搬する電磁波の電界は、Ｘ方向について一定の広がりを有している。本願発明者は、この広がりを考慮して、導電部材１１０ｃ−１のＸ方向の幅を少なくともロッド２つ分確保した。これにより、ロスを十分抑えながら電磁波を伝搬させることができる。なお、上述の説明では、導電部材１１０ｃ−１のＸ方向の幅をロッド１２４の列数で表現したが、これは一例である。必ずしもロッド１２４の列数で表す必要はない。電磁波の電界がＸ方向に一定の広がりを考慮して、導波面１２２ａに対向する幅よりも広い幅を有していればよい。

【0044】

一方、マイクロ波ＩＣ基板１１０内には導電部材１１０ｃ−２（たとえばグランド層）が設けられており、当該導電層１１０ｃ−２が、上述の、導電性ロッド１２４に対向する導電部材１１０ｃの代替となる。よって、導波面１２２ａと導電部材１１０ｃ−１との距離Ｌ１、および導電性ロッド１２４の先端部１２４ａと導電部材１１０ｃ−２との距離Ｌ２は異なっている。なお、導電部材１１０ｃ−２は、マイクロ波ＩＣ基板１１０内部のグランド層に代えて、別体の金属層を設けてもよい。

【0045】

導電部材１１０ｃ−１、１１０ｃ−２として、たとえば、銅、表面に金がめっきされた所定の金属材料（たとえば銅）を採用し得る。

【0046】

遮断部材１２０上に配列された複数の導電性ロッド１２４は、それぞれ先端部１２４ａを有している。図示されている例において、複数の導電性ロッド１２４の先端部１２４ａは同一平面上にある。この平面は人工磁気導体の表面１２５を形成している。導電性ロッド１２４は、その全体が導電性を有している必要はなく、ロッド状構造物の少なくとも表面（上面および側面）が導電性を有していればよい。また、遮断部材１２０は、複数の導電性ロッド１２４を支持して人工磁気導体を実現できれば、その全体が導電性を有している必要はない。遮断部材１２０の表面のうち、複数の導電性ロッド１２４が配列されている側の面１２０ａが導電性を有し、隣接する複数の導電性ロッド１２４の表面を電気的に短絡していればよい。言い換えると、遮断部材１２０および複数の導電性ロッド１２４の組み合わせの全体は、導電部材１１０ｃまたは下面１１０ａを介した導電部材１１０ｃ−２に対向する凹凸状の導電性表面を有していればよい。

【0047】

遮断部材１２０上には、複数の導電性ロッド１２４の間にリッジ状の導波部材１２２が配置されている。より詳細には、導波部材１２２の両側にそれぞれ人工磁気導体が位置しており、導波部材１２２は両側の人工磁気導体によって挟まれている。図２からわかるように、この例における導波部材１２２は、遮断部材１２０に支持され、Ｙ方向に直線的に延びている。図示されている例において、導波部材１２２は、導電性ロッド１２４の高さおよび幅と同一の高さおよび幅を有している。後述するように、導波部材１２２の高さおよび幅は、導電性ロッド１２４の高さおよび幅とは異なる値を有していてもよい。導波部材１２２は、導電性ロッド１２４とは異なり、導電部材１１０ｃまたは１１０ｃ−１に沿って電磁波を案内する方向（この例ではＹ方向）に延びている。導波部材１２２も、その全体が導電性を有している必要は無く、導電部材１１０ｃまたは１１０ｃ−１に対向する導電性の導波面１２２ａを有していればよい。遮断部材１２０、複数の導電性ロッド１２４、および導波部材１２２は、連続した単一構造体の一部であってもよい。さらに、導電部材１１０ｃまたは１１０ｃ−１も、この単一構造体の一部であってもよい。

【0048】

導波部材１２２の両側において、各人工磁気導体の表面１２５と、導電部材１１０ｃまたは１１０ｃ−２との間の空間は、特定周波数帯域内の周波数を有する電磁波を伝搬させない。そのような周波数帯域は「禁止帯域」と呼ばれる。モジュール１００内を伝搬する電磁波（以下、「信号波」と称することがある。）の周波数（以下、「動作周波数」と称することがある。）が禁止帯域に含まれるように人工磁気導体は設計される。禁止帯域は、導電性ロッド１２４の高さ、すなわち、隣接する複数の導電性ロッド１２４の間に形成される溝の深さ、導電性ロッド１２４の径、配置間隔、および導電性ロッド１２４の先端部１２４ａと導電部材１１０ｃ−２との間の間隙の大きさによって調整され得る。

【0049】

本明細書において、導電部材１１０ｃまたは１１０ｃ−１と、導波部材１２２の導波面１２２ａとの間の導波路を伝搬する電磁波（信号波）の自由空間における波長の代表値（例えば、動作周波数帯域の中心周波数に対応する中心波長）をλｏとする。また、動作周波数帯域における最高周波数の電磁波の自由空間における波長をλｍとする。更に、動作周波数帯域における最低周波数の電磁波の自由空間における波長をλｘとする。各導電性ロッド１２４のうち、導電部材１２０に接している方の端の部分を「基部」と称する。図３Ａおよび図３Ｂに示すように、各導電性ロッド１２４は、先端部１２４ａと基部１２４ｂとを有する。

【0050】

各部材の寸法、形状、配置等の例は、以下のとおりである。なお、図３Ａおよび図３Ｂの対応する構成には同じ符号を付し、以下の説明が適用される。

【0051】

（１）導電性ロッドの幅
導電性ロッド１２４の幅（Ｘ方向およびＹ方向のサイズ）は、λｍ／２未満に設定され得る。この範囲内であれば、Ｘ方向およびＹ方向における最低次の共振の発生を防ぐことができる。なお、ＸおよびＹ方向だけでなくＸＹ断面の対角方向でも共振が起こる可能性があるため、導電性ロッド１２４のＸＹ断面の対角線の長さもλｍ／２未満であることが好ましい。ロッドの幅および対角線の長さの下限値は、工法的に作製できる最小の長さであり、特に限定されない。

【0052】

（２）導電性ロッドの基部から導電部材までの距離Ｌ３
導電性ロッド１２４の基部１２４ｂから導電部材１１０ｃまたは１１０ｃ−２までの距離Ｌ３は、導電性ロッド１２４の高さよりも長く、かつλｍ／２未満に設定され得る。当該距離がλｍ／２以上の場合、導電性ロッド１２４の基部１２４ｂと導電性表面１１０ａとの間において共振が生じ、信号波の閉じ込め効果が失われる。

【0053】

導電部材１１０ｃまたは１１０ｃ−２から導電性ロッド１２４の基部１２４ｂまでの距離Ｌ３は、当該導電部材と遮断部材１２０との間隔に相当する。例えば導波路をミリ波帯である７６．５±０．５ＧＨｚの信号波が伝搬する場合、信号波の波長は３．８９３４ｍｍから３．９４４６ｍｍの範囲を持つ。したがって、この場合λｍは前者となるので、導電部材１１０と導電部材１２０との間隔λｍ／２は、３．８９３４ｍｍ／２よりも小さく設定される。導電部材１１０ｃと遮断部材１２０とが、このような狭い間隔を実現するように対向して配置されていれば、導電部材１１０ｃと遮断部材１２０とが厳密に平行である必要はない。また、導電部材１１０ｃと遮断部材１２０との間隔がλｍ／２未満であれば、導電部材１１０および／または導電部材１２０の全体または一部が曲面形状を有していても良い。他方、導電部材１１０ｃ、遮断部材１２０の平面形状（ＸＹ面に垂直に投影した領域の形状）および平面サイズ（ＸＹ面に垂直に投影した領域のサイズ）は、用途に応じて任意に設計され得る。このときマイクロ波ＩＣ基板１１０の下面１１０ａの形状も同様である。

【0054】

図３Ａおよび図３Ｂで示される例において、導電性ロッド１２４の基部１２４ｂが設けられた遮断部材１２０の表面は平面であるが、本開示の実施形態はこれに限られない。例えば、当該表面のＸＺ平面による断面形状は、Ｕ字またはＶ字に近い形状である面の底部であっても良い。導電性ロッド１２４または導波部材１２２が、基部に向かって幅が拡大する形状をもつ場合に、導電性表面１２０ａはこのような構造になり得る。このような構造であっても、導電部材１１０ｃまたは１１０ｃ−２と、遮断部材１２０の表面との間の距離Ｌ３が波長λｍの半分よりも短ければ、当該構成は信号波の閉じ込め効果を発揮し得る。

【0055】

（３）導電性ロッドの先端部から導電部材までの距離Ｌ２
導電性ロッド１２４の先端部１２４ａから導電部材１１０ｃまたは１１０ｃ−２までの距離Ｌ２は、λｍ／２未満に設定される。当該距離がλｍ／２以上の場合、導電性ロッド１２４の先端部１２４ａと導電性表面１１０ａとの間を往復する伝搬モードが生じ、信号波を閉じ込められなくなるからである。

【0056】

（４）導電性ロッドの配列および形状
複数の導電性ロッド１２４のうちの隣接する２つの導電性ロッド１２４の間の隙間は、例えばλｍ／２未満の幅を有する。隣接する２つの導電性ロッド１２４の間の隙間の幅は、当該２つの導電性ロッド１２４の一方の表面（側面）から他方の表面（側面）までの最短距離によって定義される。このロッド間の隙間の幅は、ロッド間の領域で最低次の共振が起こらないように決定される。共振が生じる条件は、導電性ロッド１２４の高さ、隣接する２つの導電性ロッド間の距離、および、導電性ロッド１２４の先端部１２４ａと導電部材１１０ｃまたは１１０ｃ−２との間の空隙の容量の組み合わせによって決まる。よって、ロッド間の隙間の幅は、他の設計パラメータに依存して適宜決定される。ロッド間の隙間の幅には明確な下限はないが、製造の容易さを確保するために、ミリ波帯の信号波を伝搬させる場合には、例えばλｍ／１６以上であり得る。なお、隙間の幅は一定である必要はない。λｍ／２未満であれば、導電性ロッド１２４の間の隙間は様々な幅を有していてもよい。

【0057】

複数の導電性ロッド１２４の配列は、人工磁気導体としての機能を発揮する限り、図示されている例に限定されない。複数の導電性ロッド１２４は、直交する行および列状に並んでいる必要は無く、行および列は９０度以外の角度で交差していても良い。複数の導電性ロッド１２４は、行または列に沿って直線上に配列されている必要は無く、単純な規則性を示さずに分散して配置されていても良い。各導電性ロッド１２４の形状およびサイズも、遮断部材１２０上の位置に応じて変化していて良い。

【0058】

複数の導電性ロッド１２４の先端部１２４ａが形成する人工磁気導体の表面１２５は、厳密に平面である必要は無く、微細な凹凸を有する平面または曲面であってもよい。すなわち、各導電性ロッド１２４の高さが一様である必要はなく、導電性ロッド１２４の配列が人工磁気導体として機能し得る範囲内で個々の導電性ロッド１２４は多様性を持ち得る。

【0059】

なお、図３Ａおよび図３Ｂでは、左側のロッド１２４についてのみ人工磁気導体の表面１２５が示されているが、これは記載が煩雑になることを避けるためである。人工磁気導体の表面１２５は、各ロッド１２４の先端部１２４ａによって張られる平面または曲面として規定され得る。

【0060】

さらに、導電性ロッド１２４は、図示されている角柱形状に限らず、例えば円筒状の形状を有していてもよい。さらに、単純な柱状の形状を有している必要はない。人工磁気導体は、導電性ロッド１２４の配列以外の構造によっても実現することができ、多様な人工磁気導体を本開示の導波路装置に利用することができる。なお、導電性ロッド１２４の先端部１２４ａの形状が角柱形状である場合は、その対角線の長さはλｍ／２未満であることが好ましい。楕円形状であるときは、長軸の長さがλｍ／２未満であることが好ましい。先端部１２４ａがさらに他の形状をとる場合でも、その差し渡し寸法は一番長い部分でもλｍ／２未満であることが好ましい。

【0061】

導電性ロッド１２４の高さ、すなわち、基部１２４ｂから先端部１２４ａまでの長さは、導電性表面１１０ａと導電性表面１２０ａとの間の距離（λｍ／２未満）よりも短い値、例えば、λｏ／４に設定され得る。

【0062】

（５）導波面の幅
導波部材１２２の導波面１２２ａの幅、すなわち、導波部材１２２が延びる方向に直交する方向における導波面１２２ａのサイズは、λｍ／２未満（例えばλｍ／８）に設定され得る。導波面１２２ａの幅がλｍ／２以上になると、幅方向で共振が起こり、共振が起こるとＷＲＧは単純な伝送線路としては動作しなくなるからである。

【0063】

（６）導波部材の高さ
導波部材１２２の高さ（図示される例ではＺ方向のサイズ）は、λｍ／２未満に設定される。当該距離がλｍ／２以上の場合、導電性ロッド１２４の基部１２４ｂと導電部材１１０ｃまたは１１０ｃ−２との距離がλｍ／２以上となるからである。

【0064】

（７）導波面と導電性表面との間の距離Ｌ１
導波部材１２２の導波面１２２ａと導電部材１１０ｃまたは１１０ｃ−１との間の距離Ｌ１については、λｍ／２未満に設定される。距離Ｌ１がλｍ／２以上の場合、導波面１２２ａと当該導電部材との間で共振が起こり、導波路として機能しなくなるからである。ある例では、当該距離はλｍ／４以下である。製造の容易さを確保するために、ミリ波帯の信号波を伝搬させる場合には、例えばλｍ／１６以上とすることが好ましい。

【0065】

距離Ｌ１の下限、および距離Ｌ２の下限は、機械工作の精度と、導電部材１１０ｃ、１１０ｃ−１、１１０ｃ−２を有するマイクロ波ＩＣ基板１１０と遮断部材１２０とを一定の距離に保つように組み立てる際の精度とに依存する。プレス工法またはインジェクション工法を用いた場合、上記距離の現実的な下限は５０マイクロメートル（μｍ）程度である。ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）を用いて例えばテラヘルツ領域の製品を作る場合には、上記距離の下限は、２〜３μｍ程度である。

【0066】

上記の構成を有する導波路装置１００によれば、動作周波数の信号波は、人工磁気導体の表面１２５と導電部材１１０ｃまたは１１０−２との間の空間を伝搬することはできず、導波部材１２２の導波面１２２ａと導電部材１１０ｃまたは１１０ｃ−１との間の空間を伝搬する。このような導波路構造における導波部材１２２の幅は、中空導波管とは異なり、伝搬すべき信号波の半波長以上の幅を有する必要はない。また、導電部材１１０ｃ、１１０ｃ−１または１１０ｃ−２と遮断部材１２０とを厚さ方向（ＹＺ面に平行）に延びる金属壁によって電気的に接続する必要もない。

【0067】

図４Ａは、図１に示すＢＢ’線によるモジュール１００の断面を示す。図４Ａは、図３Ａの構成に対応する。また、図４Ｂは、図１に示すＢＢ’線によるモジュール１００の、他の例による断面を示す。図４Ｂは、図３Ｂの構成に対応する。図２Ａおよび図２Ｂには、貫通孔１４０と導波面１２２ａとの間の接続部１４１が示されている。距離Ｌ２およびＬ３の記載は省略しているが、先に説明した通り定義される。なお、接続部１４１のＺ軸方向の高さは、想定される電磁波の最短波長λｍを基準としてλｍ／２未満であればよい。

【0068】

図５は、貫通孔１４０および内壁導電部１４０ａを貫通方向に垂直な仮想平面（ＸＹ平面）で切った断面形状を示す。本実施形態では断面形状は長方形であり、Ｘ方向の辺の長さａとＹ方向の辺の長さｂとの関係はａ＞ｂである。

【0069】

本実施形態では、短辺（Ｙ軸方向の辺）が、少なくとも接続部１４１の近傍における導波部材１２２の導波面１２２ａが延びる方向と平行になるよう、短辺および長辺を決定している（たとえば図２参照）。その理由は、接続部１４１近傍の、導波部材１２２の導波面１２２ａと、導波面１２２ａに対向する導電部材１１０ｃまたは１１０ｃ−１との間で、電界を安定的に、かつスムースに受け渡すためである。マイクロ波ＩＣ１３０の信号端子Ｓおよびグランド端子Ｇは、貫通孔１４０の断面の対向する長辺の中央部（ａ／２の位置）にそれぞれ電気的に接続されて、高周波電界を発生させる。この電界により、内壁導電部１４０ａ内には導波管の伝搬モード（ＴＥ₁₀モード）の電磁界が生じ、導波部材１２２に向けて伝搬する。本願発明者は、当該電磁界を安定的に伝搬させるため、内壁導電部１４０ａの辺の長さａはλｘ／２よりも大とし、長さｂはλｘ／２よりも小とする。ここで、λｘは動作周波数帯域における最低周波数の電磁波の自由空間波長を示す。この寸法関係を与えることで、内壁導電部１４０ａの内部に、ＴＥ₁₀モードの電磁界を伝播させることができる。ＴＥ₁₀モードにおいては、電界の方向は導波管の短辺が伸びる方向に一致する。

【0070】

さらに本願発明者は、導波面１２２ａが延びる方向と内壁導電部１４０ａの短辺が伸びる方向とが平行になるよう、配置を調整した。こうすることで、電界が振動する方向と導波面１２２ａが伸びる方向とが一致し、内壁導電部１４０ａを伝搬する電磁波のロスを抑えつつ、当該電磁波を導波部材１２２の導波面１２２ａにスムースに伝搬させることができる。

【0071】

仮に、内壁導電部１４０ａの辺の長さｂをλｘ／２よりも長くすると、内壁導電部１４０ａ内部に、電界が長辺方向においても振動するＴＥ₁₁モード等の振動モードが現れ得る。長辺方向において振動する電界のエネルギーは、短辺方向に伸びる導波面には殆ど受け渡されない。よって、このような場合には、内壁導電部１４０ａから導波面１２２ａに受け渡されずに反射される電磁波の割合が増える。

【0072】

なお、内壁導電部１４０ａの長方形状に関して、現実には、長方形のそれぞれの角部は、少なくとも面取りまたはＲ形状をなす繋ぎ形状で形成されている。繋ぎ形状の内壁導電部１４０ａとは、たとえば、同一材料で構成され、削り、絞り、成型等で製造された単一部材である。なお、マイクロ波ＩＣ基板１１０の製造時において、内壁導電部１４０ａは、別体の導電性金属部材で成型され、貫通孔１４０に嵌め込まれてもよい。

【0073】

本明細書では、説明の便宜上、貫通孔１４０が導波管であると簡略化して説明することがあるが、正確には内壁導電部１４０ａの内部が導波管として機能することに留意されたい。

【0074】

図６は、図１に示すＣＣ’線によるモジュール１００の断面を示す。なお、ここでは図３Ｂおよび図４Ｂに対応するモジュール１００を示している。図３Ｂおよび図４Ｂに対応するモジュール１００の構造は、導電部材１１０ｃ−１を単に導電部材１１０ｃに読み替えればよい。貫通孔１４０、接続部１４１、チョーク構造１５０等の構造は既に説明したのでそれらの説明は省略する。

【0075】

マイクロ波ＩＣ１３０は、複数の端子を有している。このうち、貫通孔１４０周辺には、信号端子Ｓおよびグランド端子Ｇが設けられている。信号端子Ｓおよびグランド端子Ｇは、電気信号を電磁波に変換して、導波管としての貫通孔１４０に導く信号発生部１４２を構成している。図７Ａおよび図７Ｂを参照しながら、信号発生部１４２の詳細を説明する。

【0076】

図７Ａは、第１の例による、図６の信号発生部１４２周辺の部分拡大図である。信号発生部１４２は、信号端子Ｓおよびグランド端子Ｇが、貫通孔１４０を挟んで対向する２つの部分（内壁導電部１４０ａの導電体１４０ａ−Ｓおよび１４０ａ−Ｇ）にそれぞれ、はんだ付け等によって電気的に接続されることによって構成される。

【0077】

マイクロ波ＩＣ１３０は、信号端子Ｓに高周波電流および電圧信号（以下「高周波電気信号」という。）を出力する。他方グランド端子Ｇは、マイクロ波ＩＣの内部グランドと接続されている。信号端子Ｓ上に乗った能動的な高周波電気信号に対して、グランド端子Ｇには、これに対応する形でこの高周波電気信号とは反対の位相の信号が誘起される。このような信号形式を不平衡（UnBalance）型と呼ぶ。本実施形態は、不平衡型の信号端子を採用した例を示している。

【0078】

なお、マイクロ波ＩＣ１３０が一対の信号端子Ｓ（Ｓ（＋）／Ｓ（−））を有している場合にも適用可能である。このような信号形式を平衡（Balance）型と呼ぶ。この場合、これら一対の信号端子Ｓ（Ｓ（＋）／Ｓ（−））には、振幅が同じで極性が逆の高周波電気信号が能動的に出力されている。他方グランド端子Ｇは、マイクロ波ＩＣ１３０の内部グランドと接続されている。本実施形態に適用する場合は、例えば図７Ａにおいて、貫通孔１４０の＋Ｚ方向端部にてマイクロ波ＩＣ１３０の端子と接続される一対の信号端子を、Ｓ（＋）端子、Ｓ（−）端子とする。マイクロ波ＩＣ１３０のグランド端子は、例えば、マイクロ波ＩＣ基板１１０のグランド層に接続される。

【0079】

本実施形態では、導電体１４０ａ−Ｓおよび１４０ａ−Ｇは電気的に接続されているとする。このとき、信号波は方形導波管モード（ＴＥ₁₀モード）で伝搬する。

【0080】

信号発生部１４２によって生成された信号波は、そのまま、貫通孔１４０を−Ｚ方向に伝搬し、導波部材１２２の方向に進む。そして接続部１４１を経て、導波面１２２ａと導電部材１１０ｃ−１との間の導波路を＋Ｙ方向に伝搬する。上述のように、導波面１２２ａが延びる方向と貫通孔１４０の内壁導電部１４０ａの短辺が伸びる方向とが平行であるため、接続部１４１では、電磁波を貫通孔１４０から導波部材１２２の導波面１２２ａにスムースに伝搬させることができる。上述したチョーク構造１５０が設けられているため、信号波は接続部１４１から−Ｙ方向へは伝搬しない。

【0081】

本実施形態では、接続部１４１から導波部材１２２が伸びる方向は、マイクロ波ＩＣ１３０の信号端子Ｓとグランド端子Ｇとを結ぶ仮想的な線に沿った方向に平行である。ただし、仮想的な線と完全に平行でなくてもよい。このように構成する利点は以下のとおりである。内壁導電部１４０ａでは、信号端子Ｓとグランド端子Ｇとを結ぶ方向に電磁波の電界成分が現れる。この電磁波を受ける導波部材１２２では、この電界方向を維持しつつ、導波面１２２ａと、それに対向する導電部材１１０ｃまたは１１０ｃ−１との間で電界を受け継ぐ。これにより、電磁波の損失を抑えた、効率的な伝搬が実現される。

【0082】

一方、アンテナ素子を介して受け取った信号波は、導波面１２２ａと導電部材１１０ｃ−１との間の導波路を−Ｙ方向に伝搬し、接続部１４１を経て、貫通孔１４０内を＋Ｚ方向に伝搬する。そして信号発生部１４２において電気信号に変換され、マイクロ波ＩＣ１３０によって処理される。

【0083】

従来は、信号端子Ｓおよびグランド端子Ｇと信号発生部までの距離が長かったため電磁波の損失が発生していた。しかしながら、本実施形態によれば、信号端子Ｓおよびグランド端子Ｇが信号発生部１４２として機能するため、電磁波の損失を大きく低減することができる。また本実施形態では、電磁波を、信号発生部１４２から導波管である貫通孔１４０および接続部１４１を経て、リッジ導波路まで効果的に伝送する構造を採用している。これにより、従来の態様と比較して、電磁波の損失を抑えると共に、製造を容易化できる。さらに、遮断部材１２０を設けて電磁波の漏れを防ぐため、やはり電磁波の損失を抑えることができる。

【0084】

図７Ｂは、第２の例による、図６の信号発生部１４２周辺の部分拡大図である。

【0085】

図７Ｂの構成が図７Ａの構成と相違する点は、マイクロ波ＩＣ１３０の信号端子Ｓおよびグランド端子Ｇと、内壁導電部１４０ａの導電体１４０ａ−Ｓおよび１４０ａ−Ｇとの間に、開口縁導電部１４３を設けたことにある。

【0086】

開口縁導電部１４３は、マイクロ波ＩＣ基板１１０の上面１１０ｂの少なくとも一部を覆っている。具体的には、本実施形態では、開口縁導電部１４３は貫通孔１４０の上面１１０ｂ側の開口の縁に設けられている。開口縁導電部１４３は、当該開口を挟む２ヶ所において、内壁導電部１４０ａの導電体１４０ａ−Ｓおよび１４０ａ−Ｇに接続されている。図７Ｂでは、開口縁導電部１４３の２箇所の接点部１４３ａおよび１４３ｂが、内壁導電部１４０ａの導電体１４０ａ−Ｓおよび１４０ａ−Ｇにそれぞれ接続されている。開口縁導電部１４３の２箇所の接点部１４３ａおよび１４３ｂには、マイクロ波ＩＣ１３０の信号端子Ｓおよびグランド端子Ｇがそれぞれ接続される。

【0087】

なお、信号端子Ｓおよびグランド端子Ｇと開口の縁との間隔は、当該開口の縁から開口中央（基板１１０のＺ方向の中心部）までの距離よりも小さい。

【0088】

これにより、導電体１４０ａ−Ｓおよび１４０ａ−Ｇの間、または、開口縁導電部１４３の２箇所の接点部１４３ａおよび１４３ｂの各々が存在する対向する辺の間に高周波電界が発生し、導波管の伝搬モード（ＴＥ₁₀モード）の電磁界が生じる。

【0089】

図７Ｂの構成によれば、信号端子Ｓおよびグランド端子Ｇに加えて、開口縁導電部１４３もまた信号発生部１４２として機能する。

【0090】

上述した図７Ａおよび図７Ｂの構成は、それぞれ、信号端子Ｓおよびグランド端子Ｇが、内壁導電部１４０ａの、貫通孔を挟んで対向する部分（導電体１４０ａ−Ｓおよび１４０ａ−Ｇ）にそれぞれ電気的に接続されている態様を示す一例である。変形例として、他の接続態様が種々考えられる。

【0091】

（接続態様に関する第１の変形例）
図７Ａに示す形状の導電体１４０ａ−Ｓおよび１４０ａ−Ｇを考える。信号端子Ｓおよびグランド端子Ｇは、貫通孔１４０を挟んで対向する位置の導電体１４０ａ−Ｓおよび１４０ａ−Ｇにそれぞれ直接物理的には接続されていない。一方信号端子Ｓおよびグランド端子Ｇは、導電体１４０ａ−Ｓの−Ｙ側端部付近、および導電体１４０ａ−Ｇの＋Ｙ側端部付近でそれぞれ直接物理的に接続される。これにより信号端子Ｓおよびグランド端子Ｇは、導電体１４０ａ−Ｓおよび１４０ａ−Ｇにそれぞれ電気的に接続されている。

【0092】

なお本明細書において２つの導電体を「物理的に接続する」とは、２つの導電体について、注目している部位でハンダ付け等を行うことで接続されている状態をいう。この場合、これら２つの導体は電気的にも接続されている状態を含む。例えば導電体である部位Ｘと部位Ｙとが「直接物理的に接続されていない」場合であっても、部位Ｘおよび部位Ｙが導電体部位Ｚにそれぞれ「直接物理的に接続されている」場合は、「部位Ｘと部位Ｙは電気的に接続されている」ことになる。

【0093】

（接続態様に関する第２の変形例）
図７Ｂのように、導電体１４０ａ−Ｓおよび１４０ａ−Ｇの＋Ｚ側の端部が、マイクロ波ＩＣ基板１１０の上面１１０ｂと同じレベル（高さ）で途切れているとする。ただし、開口縁導電部１４３を設けることなく、信号端子Ｓおよびグランド端子Ｇが、導電体１４０ａ−Ｓおよび１４０ａ−Ｇの＋Ｚ側の端部に直接物理的に接続されてもよい。または、信号端子Ｓおよびグランド端子Ｇの一方または両方が、ボンディングワイヤ等の導体線を介して導電体１４０ａ−Ｓおよび１４０ａ−Ｇの＋Ｚ側の端部の一方または両方に直接物理的に接続されてもよい。このときの信号端子Ｓおよびグランド端子Ｇの形状は、図７Ａおよび図７Ｂに示されるようなボール形状でなくてもよく、たとえばマイクロ波ＩＣ１３０の信号ピンを直接物理的に接続する態様もあり得る。

【0094】

図７Ａおよび図７Ｂに示されるような内壁導電部１４０ａは、いずれも、マイクロ波ＩＣ基板１１０の上面１１０ｂと同じレベルまで延び、または、上面１１０ｂと同じレベルを超えて、上面１１０ｂの少なくとも一部を覆い、貫通孔１４０の周囲を囲っている例であると言える。本明細書ではこのような構成を、内壁導電部１４０ａが、マイクロ波ＩＣ基板１１０の上面１１０ｂ側まで延びている」と呼ぶことがある。

【0095】

（接続態様に関する第３の変形例）
内壁導電部１４０ａが、マイクロ波ＩＣ基板１１０の上面１１０ｂ側まで延びていることは必須ではない。つまり、導電体１４０ａ−Ｓおよび１４０ａ−Ｇの一方または両方が、マイクロ波ＩＣ基板１１０の上面１１０ｂ側に至ることなく貫通孔１４０内部で途切れていてもよい。このとき、信号端子Ｓおよびグランド端子Ｇの一方または両方は、直接物理的にまたはワイヤボンディング等を介して、導電体１４０ａ−Ｓおよび１４０ａ−Ｇの端部と電気的に接続されていてもよい。信号端子Ｓおよびグランド端子Ｇの一方または両方の形状は、たとえば、前者の場合にははんだボール形状であり、後者の場合には信号ピンであり得る。

【0096】

以下、上述の構成の変形例を説明する。以下の変形例は、単独でまたは組み合わせることが可能である。変形例を説明した後は、マイクロ波ＩＣ導波路装置モジュールの応用例を説明する。

【0097】

＜変形例１＞
図５において、貫通孔１４０および内壁導電部１４０ａの断面形状は長方形（矩形）であるとした。しかしながら他の形状を採用することもできる。以下、図８（ａ）〜（ｄ）を参照しながら、貫通孔１４０および内壁導電部１４０ａの断面形状の他の例を説明する。図８（ａ）〜（ｄ）には、マイクロ波ＩＣ１３０の信号端子Ｓとグランド端子Ｇが接続される位置を「Ｓ」および「Ｇ」として示している。上述の説明と同様、信号端子Ｓおよびグランド端子Ｇが信号発生部１４２として機能する。以下では、内壁導電部１４０ａのＸ方向のサイズ（長さ）をＬ、Ｙ方向のサイズ（幅）をＷとするが、記載の便宜上、単に貫通孔１４０の形状の変形例として説明する。

【0098】

図８（ａ）は、楕円形状の貫通孔１４００ａの例を示している。図中において矢印で示す、貫通孔１４００ａの長径は、高次の共振が起こらず、かつ、インピーダンスが小さくなり過ぎないように、動作周波数に対応する自由空間中での波長をλｏとして、λｏ／２＜Ｌ＜λｏに設定される。

【0099】

図８（ｂ）は、一対の縦部分１１３Ｌおよび一対の縦部分１１３Ｌを繋ぐ横部分１１３Ｔからなる形状（本明細書において「Ｈ字形状」と称する。）を有する貫通孔１４００ｂの例を示している。横部分１１３Ｔは、一対の縦部分１１３Ｌにほぼ垂直であり、一対の縦部分１１３Ｌのほぼ中央部同士を繋いでいる。このようなＨ字形状の貫通孔１４００ｂでも、高次の共振が起こらず、かつ、インピーダンスが小さくなり過ぎないように、その形状およびサイズが決定される。上記条件を満たすために、Ｈ字形状の中心点（横部分１１３Ｔの中心点）から端部（縦部分１１３Ｌのいずれかの端部）までの、横部分１１３Ｔおよび縦部分１１３Ｌに沿った長さの２倍が、λｏ／２＜Ｌ＜λｏに設定される。このため、横部分１１３Ｔの長さ（図中において矢印で示す長さ）を例えばλｏ／２未満にでき、横部分１１３Ｔの長さ方向の間隔を短縮することができる。

【0100】

図８（ｃ）は、横部分１１３Ｔおよび横部分１１３Ｔの両端から延びる一対の縦部分１１３Ｌを有する貫通孔１４００ｃの例を示している。一対の縦部分１１３Ｌの横部分１１３Ｔから延びる方向は横部分１１３Ｔにほぼ垂直であり、互いに逆である。この例でも横部分１１３Ｔの長さ（図中において矢印で示す長さ）を、例えばλｏ／２未満にできるため、横部分１１３Ｔの長さ方向の間隔を短縮することができる。

【0101】

図８（ｄ）は、横部分１１３Ｔおよび横部分１１３Ｔの両端から横部分１１３Ｔに垂直な同じ方向に延びる一対の縦部分１１３Ｌを有する貫通孔１４００ｄの例を示している。このような形状を、本明細書では「Ｕ字形状」と称する。なお、図８（ｄ）に示す形状は、Ｈ字形状の上半分の形状と言うこともできる。本例でも横部分１１３Ｔの長さ（図中において矢印で示す長さ）を、例えばλｏ／２未満にできるため、横部分１１３Ｔの長さ方向の間隔を短縮することができる。

【0102】

＜変形例２＞
上述の例では、信号発生部１４２の信号端子Ｓおよびグランド端子Ｇは球状であり、直接、内壁導電部１４０ａの導電体１４０ａ−Ｓおよび１４０ａ−Ｇに接続されているとした。しかしながら、これは一例である。たとえばボンディングワイヤ（導線）を利用して、球状の信号端子Ｓおよびグランド端子Ｇと導電体１４０ａ−Ｓおよび１４０ａ−Ｇとをそれぞれ接続してもよい。または、信号端子Ｓおよびグランド端子Ｇがピン形状であるときに、伸びたそれぞれのピンを内壁導電部１４０ａ−Ｓおよび１４０ａ−Ｇに接続してもよい。

【0103】

＜変形例３−１＞
これまでは、マイクロ波ＩＣ１３０の１組の端子対（各１つの信号端子Ｓおよびグランド端子Ｇ）から生成された信号波が、１つの貫通孔１４０を経て１つの導波面１２２ａを伝搬する例を説明した。

【0104】

以下では、複数組の端子対の各々から生成された信号波を、別個の貫通孔１４０および導波面１２２ａを伝搬させるための例を説明する。なお以下の説明では、説明を簡略化するために、マイクロ波ＩＣ１３０の信号形式を不平衡型であるとしている。但し平衡型のマイクロ波ＩＣであっても同様に実現できる。

【0105】

図９は、基板パターンＰ−１およびＰ−２と、４つの貫通孔１４０−１〜１４０−４とを有するマイクロ波ＩＣ基板１１００の上面構成例を示す。貫通孔１４０−１〜１４０−４の断面形状はいずれも矩形である。

【0106】

参考として、図にはマイクロ波ＩＣの４組の端子対（Ｓ１，Ｇ１）〜（Ｓ４，Ｇ４）の位置が仮想的に示され、−Ｚ方向に位置する複数の導電性ロッド１２４も示されている。さらに、図には４本の導波面１２２ａ−１〜１２２ａ−４が示されている。また、マイクロ波ＩＣ基板１１００の下面（図示せず）には、たとえば全面にわたってグランドとして機能する導電部材が設けられている。

【0107】

基板パターンＰ−１およびＰ−２は各貫通孔１４０−１〜１４０−４の内壁導電部と電気的に接続している。端子対近傍の基板パターンは、端子対とともに信号発生部を構成する。マイクロ波ＩＣ１３０（図示せず）が信号波のもととなる電圧信号を端子対（Ｓ１，Ｇ１）〜（Ｓ４，Ｇ４）に独立して印加することにより、各信号発生部によって信号波が生成され、各貫通孔１４０−１〜１４０−４を伝搬する。そして、これまで説明したように、各接続部を経由して各導波面１２２ａ−１〜１２２ａ−４を伝搬する。

【0108】

なお、図９に示す導波面１２２ａ−１〜１２２ａ−４のうち、Ｙ方向に隣接する２本、およびＸ方向に対向する２本の間には、少なくとも２列の導電性ロッド１２４が設けられている。本願発明者らの研究によれば、２列の導電性ロッド１２４が設けられていれば、一方の導波面を伝搬する信号波の他方の導波面への影響は遮蔽し得る。ただし、２本の導波面の間に３列以上の導電性ロッド１２４を設けてもよい。ただし、次に説明する図１０の構成のように、２本の導波面の間に１列の導電性ロッド１２４を設けた場合であっても、一方の導波面を伝搬する信号波の他方の導波面への影響は低減され得る。

【0109】

なお、端子対の配置例を説明する。自由空間波長λ₀が４ｍｍの信号波を生成する場合、１つの端子対の端子間の間隔（たとえば信号端子Ｓ１およびグランド端子Ｇ１の間隔）は１ｍｍ以上である。また、Ｘ方向に並ぶ２組の端子対の各中心位置の間隔（たとえば端子対（Ｓ１，Ｇ１）の中心位置と端子対（Ｓ３，Ｇ３）の中心位置との間隔）は５ｍｍ以上である。また、Ｙ方向に並ぶ２組の端子対の中心位置の間隔（たとえば端子対（Ｓ１，Ｇ１）と端子対（Ｓ２，Ｇ２）との間隔）は３ｍｍ以上である。対をなしている信号端子Ｓおよびグランド端子Ｇの位置は、入れ替えられてもよい。

【0110】

＜変形例３−２＞
図１０は、さらに他の例による、基板パターンＰ−１１およびＰ−１２と、４つの貫通孔１４０−１１〜１４０−１４とを有するマイクロ波ＩＣ基板１１０１の上面構成例を示す。貫通孔１４０−１１〜１４０−１４の断面形状はいずれもＨ字形状である。

【0111】

図９と同様、参考として、図にはマイクロ波ＩＣの４組の端子対（Ｓ１，Ｇ１）〜（Ｓ４，Ｇ４）の位置が仮想的に示され、−Ｚ方向に位置する複数の導電性ロッド１２４も示されている。さらに、図には４本の導波面１２２ａ−１〜１２２ａ−４が示されている。また、マイクロ波ＩＣ基板１１００の下面（図示せず）には、たとえば全面にわたってグランドとして機能する導電部材が設けられている。

【0112】

基板パターンＰ−１１およびＰ−１２は各貫通孔１４０−１１〜１４０−１４の内壁導電部と電気的に接続している。端子対近傍の基板パターンは、端子対とともに信号発生部を構成する。マイクロ波ＩＣ１３０（図示せず）が信号波のもととなる電圧信号を端子対（Ｓ１，Ｇ１）〜（Ｓ４，Ｇ４）に独立して印加することにより、各信号発生部によって信号波が生成され、各貫通孔１４０−１〜１４０−４を伝搬する。そして、これまで説明したように、各接続部を経由して各導波面１２２ａ−１〜１２２ａ−４を伝搬する。端子対の配置例は図９の例と概ね同じである。ただし、Ｙ方向に並ぶ２組の端子対の中心位置の間隔（たとえば端子対（Ｓ１，Ｇ１）と端子対（Ｓ２，Ｇ２）との間隔）は２ｍｍ以上であればよい。対をなしている信号端子Ｓおよびグランド端子Ｇの位置は、入れ替えられてもよい。

【0113】

＜変形例４＞
図６、図７Ａおよび図７Ｂに示す例では、信号発生部１４２によって生成された信号波が−Ｚ方向に伝搬することのみを説明した。しかしながら、生成された信号波の一部は、信号発生部１４２から＋Ｚ方向に伝搬し、マイクロ波ＩＣ１３０周辺またはその上方に漏れ出し得る。

【0114】

本変形例は、そのような漏れ出しを防ぐための構成を説明する。

【0115】

図１１は、マイクロ波ＩＣ１３０の＋Ｚ方向側にも、ワッフルアイアン遮断部材１２０’を設けたマイクロ波ＩＣ導波路装置モジュール１０００の例を示す。図１１に含まれる構成要素のうち、図６と同じ構成要素には同じ参照符号を付し、再度の説明は省略する。以下では、ワッフルアイアン遮断部材１２０’を「遮断部材１２０’」と略記し、マイクロ波ＩＣ導波路装置モジュール１０００を「モジュール１０００」と略記する。

【0116】

モジュール１０００の上方には遮断部材１２０’が設けられている。遮断部材１２０’の導電性表面から−Ｚ方向に、複数の導電性ロッド１２４’が伸びている。遮断部材１２０’および複数の導電性ロッド１２４’の条件は、図３Ａおよび図３Ｂを参照しながら説明した複数の導電性ロッド１２４の条件と同じである。より具体的には、上述した項目（１）導電性ロッドの幅、（２）導電性ロッドの基部から導電部材までの距離Ｌ３、（３）導電性ロッドの先端部から導電部材までの距離Ｌ２、（４）導電性ロッドの配列および形状、および（７）導波面と導電性表面との間の距離Ｌ１において、距離Ｌ２およびＬ３を、それぞれ距離Ｌ２’およびＬ３’と読み替えればよい。ここで距離Ｌ２’は、導電性ロッド１２４の先端部から、マイクロ波ＩＣ基板１１０内に設けられた導電部材１１０ｃ−２までの距離である。距離Ｌ３’は、導電性ロッド１２４が設けられた側の遮断部材１２０’の導電性表面から、導電部材１１０ｃ−２までの距離である。

【0117】

マイクロ波ＩＣ１３０の上下（Ｚ方向）に、導電性ロッド１２４を有する遮断部材１２０と、導電性ロッド１２４’を有する遮断部材１２０’とを配置することにより、電磁波の漏れを大きく低減できる。

【0118】

なお、図１１では、マイクロ波ＩＣ１３０は、遮断部材１２０’に完全に覆われているが、この構成は必須ではない。マイクロ波ＩＣ１３０は、複数の導電性ロッド１２４’の少なくとも一部と、導電部材１１０ｃ−２の少なくとも一部との間に位置していればよい。これらの構造体に挟まれたマイクロ波ＩＣ１３０の部分については、電磁波の遮蔽効果を得ることができる。

【0119】

なお、電磁波の遮蔽効果を得ようとする位置または領域においては、マイクロ波ＩＣ基板１１０の上面１１０ｂに導電体のパターンを設けてもよい。この導電体のパターンは、導電部材１１０ｃ−２に代わり、複数の導電性ロッド１２４’とともに人工磁気導体を形成するために用いられる。

【0120】

このような構成を採用する理由を説明する。いま、マイクロ波ＩＣ１３０の厚さを約１ｍｍとする。たとえば、自由空間波長λ₀＝４ｍｍの電磁波を発生させようとすると、導電性ロッド１２４’の基部と導電層との間隔Ｌ３’はλ₀／２（約２ｍｍ）未満である。マイクロ波ＩＣ１３０の厚さ（約１ｍｍ）を考慮すると、マイクロ波ＩＣ１３０に対向して配置される導電性ロッド１２４’の長さ（高さ）は１ｍｍ未満になる。そして、電磁波の遮蔽効果を実現する、導電性ロッド１２４’の先端部と導電部材１１０ｃ−２との間の距離Ｌ２’は、マイクロ波ＩＣ１３０の厚さ以上必要であるから１ｍｍ以上になる。

【0121】

導電性ロッド１２４’の先端部から導電部材１１０ｃ−２までの距離Ｌ２’は可能な限り短くする必要がある。その目的を達成するためには、導電部材１１０ｃ−２に代えて、マイクロ波ＩＣ基板１１０の上面１１０ｂに導電体のパターンを設けることが好適である。

【0122】

ただし、上述の構成を採用した場合であっても、または採用しなかった場合にはなおさら、対向する導電性ロッド１２４’の先端部とマイクロ波ＩＣ１３０の表面との間隔は非常に短くなる。つまり、両者が互いに接触する可能性が高まる。

【0123】

図１２は、対向するマイクロ波ＩＣ１３０と導電性ロッド１２４’との間に設けられた絶縁樹脂１６０を示す。なお、図１２には、基板上面１１０ｂに導電部材１１０ｃ−３が設けられている例を示している。

【0124】

絶縁樹脂１６０のような絶縁材料を、導電性ロッド１２４’の先端部とマイクロ波ＩＣ１３０の表面との間に設けることにより、両者の接触を防止することが可能になる。

【0125】

ここで、ロッド基部（遮断部材１２０’の導電性表面）と導電層との間隔の条件を検討する。

【0126】

遮断部材１２０’の導電性表面と導電部材１１０ｃ−３との間隔Ｌ３’の条件は、空気層と樹脂層１６０との間で電磁波が伝搬することによって電波定在波が立たない条件、即ち半周期以下の位相条件を満たしていることが必要である。導電部材１１０ｃ−３を設けていない場合には、マイクロ波ＩＣ基板１１０表面から基板内部の導電部材１１０ｃ−２に至るまでの誘電体層も考慮する必要がある。

【0127】

いま、絶縁樹脂１６０の厚さをｄ、空気層の厚さをｃ、絶縁樹脂内部の電磁波の波長をλε、空気層の電磁波の波長をλ0とすると、以下の関係が成り立つ必要がある。

【0128】

【数1】

【0129】

なお導電性ロッド１２４’の先端部にのみ絶縁樹脂１６０を置く場合は、導電性ロッド１２４’の基部（遮断部材１２０’の導電性表面）と導電部材１１０ｃ−３の間は空気層のみになる。そのときは、遮断部材１２０’の導電性表面と導電部材１１０ｃ−３との間隔Ｌ３’はλ0／２未満であれば良い。

【0130】

絶縁樹脂１６０として熱伝導率が所定値以上の樹脂を採用すると、マイクロ波ＩＣ１３０において発生した熱をワッフルアイアン遮断部材１２０’に伝達させることができる。これにより、モジュールの放熱効率を向上させることができる。

【0131】

さらに、図１２に示すように、遮断部材１２０’の＋Ｚ側の面に直接ヒートシンク１７０を設けてもよい。ヒートシンク１７０は、上述した熱伝導率が高い樹脂によって構成されていてもよいし、窒化アルミニウムや窒化ケイ素などの熱伝導率の高いセラミック部材を用いてもよい。これらにより、冷却性能の高いモジュール１００を構成できる。ヒートシンク１７０の形状も任意である。

【0132】

なお、絶縁樹脂１６０およびヒートシンク１７０は、図１２に示すように同時に組み込む必要は無い。別個独立に組み込むか否かを決定することができる。
＜応用例１＞
以下では、モジュール１００または１０００をレーダ装置に応用するための構成を説明する。具体例として、モジュール１００と放射素子とを組み合わせたレーダ装置の例を説明するが、モジュール１０００を採用してもよいし、モジュール１００または１０００の変形例にかかる構成を採用してもよい。

【0133】

まず、放射素子としてのスロットアレーアンテナの構成を説明する。スロットアレーアンテナにはホーンを設けているが、ホーンの有無は任意である。

【0134】

図１３は、スロット３１２毎にホーン３１４を有するスロットアレーアンテナ３００の構造の一部を模式的に示す斜視図である。このスロットアレーアンテナ３００は、二次元的に配列された複数のスロット３１２および複数のホーン３１４を有する第１の導電部材３１０と、複数の導波部材３２２Ｕおよび複数の導電性ロッド３２４Ｕが配列された第２の導電部材３２０とを備える。第１の導電部材３１０における複数のスロット３１２は、第１の導電部材３１０の第１の方向（Ｙ方向）および第１の方向に交差（この例では直交）する第２の方向（Ｘ方向）に配列されている。図１３は、簡単のため、導波部材３２２Ｕの各々の端部または中央に配置され得るポートおよびチョーク構造の記載は省略されている。本実施形態では、導波部材３２２Ｕの数は４個であるが、導波部材３２２Ｕの数は２個以上であればよい。

【0135】

図１４Ａは、図１３に示す２０個のスロットが５行４列に配列されたアレーアンテナ３００をＺ方向からみた上面図である。図１４Ｂは、図１４ＡのＤ−Ｄ’線による断面図である。このアレーアンテナ３００における第１の導電部材３１０は、複数のスロット３１２にそれぞれ対応して配置された複数のホーン３１４を備えている。複数のホーン３１４の各々は、スロット３１２を囲む４つの導電壁を有している。このようなホーン３１４により、指向特性を向上させることができる。

【0136】

図示されるアレーアンテナ３００においては、スロット３１２に直接的に結合する導波部材３２２Ｕを備える第１の導波路装置３５０ａと、第１の導波路装置３５０ａの導波部材３２２Ｕに結合する他の導波部材３２２Ｌを備える第２の導波路装置３５０ｂとが積層されている。第２の導波路装置３５０ｂの導波部材３２２Ｌおよび導電性ロッド３２４Ｌは、第３の導電部材３４０上に配置されている。第２の導波路装置３５０ｂは、基本的には、第１の導波路装置３５０ａの構成と同様の構成を備えている。

【0137】

図１４Ａに示すように、導電部材３１０は、第１の方向（Ｙ方向）および第１の方向に直交する第２の方向（Ｘ方向）に配列された複数のスロット３１２を備える。複数の導波部材３２２Ｕの導波面３２２ａは、Ｙ方向に延びており、複数のスロット３１２のうち、Ｙ方向に並んだ４つのスロットに対向している。この例では導電部材３１０は、５行４列に配列された２０個のスロット３１２を有しているが、スロット３１２の数はこの例に限定されない。各導波部材３２２Ｕは、複数のスロット３１２のうち、Ｙ方向に並んだ全てのスロットに対向している例に限らず、Ｙ方向に隣接する少なくとも２つのスロットに対向していればよい。隣接する２つの導波面１２２ａの中心間隔は、例えば波長λｏよりも短く設定される。このような構造とすることで、グレーティングローブの発生を回避できる。隣接する２つの導波面１２２ａの中心間隔は短い程グレーティングローブの影響は現れにくくなるが、λｏ／２未満とすることは必ずしも好ましくはない。導電部材や導電性ロッドの幅を狭くする必要が生ずるためである。

【0138】

図１４Ｃは、第１の導波路装置３５０ａにおける導波部材３２２Ｕの平面レイアウトを示す図である。図１４Ｄは、第２の導波路装置３５０ｂにおける導波部材３２２Ｌの平面レイアウトを示す図である。これらの図から明らかなように、第１の導波路装置３５０ａにおける導波部材３２２Ｕは直線状に延びており、分岐部も屈曲部も有していない。一方、第２の導波路装置３５０ｂにおける導波部材３２２Ｌは分岐部および屈曲部の両方を有している。第２の導波路装置３５０ｂにおける「第２の導電部材３２０」と「第３の導電部材３４０」との組み合わせは、第１の導波路装置３５０ａにおける「第１の導電部材３１０」と「第２の導電部材３２０」との組み合わせに相当する。

【0139】

第１の導波路装置３５０ａにおける導波部材３２２は、第２の導電部材３２０が有するポート（開口部）３４５Ｕを通じて第２の導波路装置３５０ｂにおける導波部材３２２Ｌに結合する。言い換えると、第２の導波路装置３５０ｂの導波部材３２２Ｌを伝搬してきた電磁波は、ポート３４５Ｕを通って第１の導波路装置３５０ａの導波部材３２２Ｕに達し、第１の導波路装置３５０ａの導波部材３２２Ｕを伝搬することができる。このとき、各スロット３１２は、導波路を伝搬していきた電磁波を空間に向けて放射するアンテナ素子として機能する。反対に、空間を伝搬してきた電磁波がスロット３１２に入射すると、その電磁波はスロット３１２の直下に位置する第１の導波路装置３５０ａの導波部材３２２Ｕに結合し、第１の導波路装置３５０ａの導波部材３２２Ｕを伝搬する。第１の導波路装置３５０ａの導波部材３２２Ｕを伝搬してきた電磁波は、ポート３４５Ｕを通って第２の導波路装置３５０ｂの導波部材３２２Ｌに達し、第２の導波路装置３５０ｂの導波部材３２２Ｌを伝搬することも可能である。第２の導波路装置３５０ｂの導波部材３２２Ｌは、第３の導電部材３４０のポート３４５Ｌを介して、外部にあるモジュール１００（図１）に結合され得る。

【0140】

図１４Ｄは、遮断部材１２０（図１等）の導波部材１２２と、第２の導電部材３２０の導波部材３２２Ｌとが接続された構成例も示されている。上述の通り、遮断部材１２０のＺ方向にはマイクロ波ＩＣ基板１１０が設けられており、マイクロ波ＩＣ基板１１０上のマイクロ波ＩＣ１３０によって生成された信号波が、導波部材１２２上の導波面１２２ａおよび導波部材３２２Ｌ上の導波面を伝搬する。

【0141】

図１４Ａに示される第１の導電部材３１０を「放射層」と呼ぶことができる。また、図１４Ｃに示される第２の導電部材３２０、導波部材３２２Ｕ、および導電性ロッド３２４Ｕの全体を「励振層」と呼び、図１４Ｄに示される第３の導電部材３４０、導波部材３２２Ｌ、および導電性ロッド３２４Ｌの全体を「分配層」と呼んでも良い。また「励振層」と「分配層」とをまとめて「給電層」と呼んでも良い。「放射層」、「励振層」および「分配層」は、それぞれ、一枚の金属プレートを加工することによって量産され得る。放射層、励振層、分配層、および分配層の背面側に設けられる電子回路は、モジュール化された１つの製品として製造され得る。

【0142】

この例におけるアレーアンテナでは、図１４Ｂからわかるように、プレート状の放射層、励振層および分配層が積層されているため、全体としてフラットかつ低姿勢(ｌｏｗ ｐｒｏｆｉｌｅ)のフラットパネルアンテナが実現している。例えば、図１４Ｂに示す断面構成を持つ積層構造体の高さ(厚さ)を１０ｍｍ以下にすることができる。

【0143】

図１４Ｄに示される例では、導波部材１２２から導波部材３２２Ｌを経て、第２の導電部材３２０の各ポート３４５Ｕ(図１４Ｃ参照)に至るまでの距離が、全て等しい。このため、導波部材１２２の導波面１２２ａを伝搬し、導波部材３２２Ｌに入力された信号波は、第２の導波部材３２２ＵのＹ方向における中央に配置された４つのポート３４５Ｕのそれぞれに同じ位相で到達する。その結果、第２の導電部材３２０上に配置された４個の導波部材３２２Ｕは、同位相で励振され得る。

【0144】

なお、用途によっては、アンテナ素子として機能する全てのスロット３１２が同位相で電磁波を放射する必要はない。励振層および分配層における導波部材３２２のネットワークパターンは任意であり、図示される形態に限定されない。

【0145】

図１４Ｃに示すように、本実施形態では、複数の導波部材３２２における隣接する２つの導波面３２２ａの間にはＹ方向に配列された１列の導電性ロッド３２４Ｕしか存在していない。このように形成することにより、その２つの導波面の間は、電気壁だけでなく磁気壁（人工磁気導体）も含まない空間になる。このような構造により、隣接する２つの導波部材３２２の間隔を短縮することができる。その結果、Ｘ方向に隣接する２つのスロット３１２の間隔も同様に短縮することができる。これにより、グレーティングローブの発生の抑制を図ることができる。

【0146】

本実施形態では、隣接する２つの導波部材の間に電気壁も磁気壁も存在しないため、その２つの導波部材上を伝搬する信号波の混合が生じ得る。しかし、本実施形態において不具合は生じない。本実施形態のスロットアレーアンテナ３００は、電子回路３１０の動作中、隣接する２つの導波路を伝搬する電磁波の位相が、Ｘ方向に隣接する２つのスロット３１２の位置で実質的に同一になるように設計されているためである。本実施形態における電子回路３１０は、図１４Ｃおよび図１４Ｄに示すポート３４５Ｕ、３４５Ｌを介して各導波部材３２２Ｕ上の導波路に接続されている。電子回路３１０から出力された信号波は、分配層で分岐した上で、複数の導波部材３２２Ｕ上を伝搬し、複数のスロット３１２まで到達する。Ｘ方向に隣接する２つのスロット３１２の位置で信号波の位相を同一にするために、例えば電子回路から２つのスロット３１２までの導波路の長さの合計が実質的に等しくなるように設計される。

【0147】

＜応用例２：車載レーダシステム＞
次に、上述したアレーアンテナを利用する応用例として、アレーアンテナを備えた車載レーダシステムの一例を説明する。車載レーダシステムに利用される送信波は、たとえば７６ギガヘルツ（ＧＨｚ）帯の周波数を有し、その自由空間中の波長λｏは約４ｍｍである。

【0148】

自動車の衝突防止システムや自動運転などの安全技術には、特に自車両の前方を走行する１または複数の車両（物標）の識別が不可欠である。車両の識別方法として、従来からレーダシステムを用いた到来波の方向を推定する技術の開発が進められてきた。

【0149】

図１５は、自車両５００と、自車両５００と同じ車線を走行している先行車両５０２とを示す。自車両５００は、上述した実施形態にアレーアンテナを有する車載レーダシステムを備えている。自車両５００の車載レーダシステムが高周波の送信信号を放射すると、その送信信号は先行車両５０２に到達して先行車両５０２で反射され、その一部は再び自車両５００に戻る。車載レーダシステムは、その信号を受信して、先行車両５０２の位置、先行車両５０２までの距離、速度等を算出する。

【0150】

図１６は、自車両５００の車載レーダシステム５１０を示す。車載レーダシステム５１０は車内に配置されている。より具体的には、車載レーダシステム５１０は、リアビューミラーの鏡面と反対側の面に配置されている。車載レーダシステム５１０は、車内から車両５００の進行方向に向けて高周波の送信信号を放射し、進行方向から到来した信号を受信する。

【0151】

本応用例による車載レーダシステム５１０は、上記の実施形態におけるアレーアンテナを有している。本応用例では、複数の導波部材の各々が延びる方向が鉛直方向に一致し、複数の導波部材の配列方向が水平方向に一致するように配置される。このため、複数のスロットを正面から見たときの横方向の寸法を小さくできる。上述のアレーアンテナを含むアンテナ装置の寸法の一例は、横×縦×奥行きが、６０×３０×１０ｍｍである。７６ＧＨｚ帯のミリ波レーダシステムのサイズとしては非常に小型であることが理解される。

【0152】

なお、従来の多くの車載レーダシステムは、車外、たとえばフロントノーズの先端部に設置されている。その理由は、車載レーダシステムのサイズが比較的大きく、本開示のように車内に設置することが困難であるからである。

【0153】

本応用例によれば、送信アンテナに用いられる複数の導波部材（リッジ）の間隔を狭くすることができるため、隣接する導波部材に対向して設けられる複数のスロットの間隔も狭くすることができる。これにより、グレーティングローブの影響を抑制することができる。たとえば、横方向に隣接する２つのスロットの中心間隔を送信波の波長λｏの半分未満（約２ｍｍ未満）にした場合にはグレーティングローブは発生しない。スロットの中心間隔を送信波の波長λｏの半分よりも大きい場合であっても、一般の車載レーダシステム用送信アンテナと比較すると、隣接するアンテナ素子の間隔を狭くすることができる。これにより、グレーティングローブの影響を抑制できる。なお、グレーティングローブは、アンテナ素子の配列間隔が電磁波の波長の半分よりも大きくなると出現し、アンテナ素子の配列間隔が広がるほど主ローブにより近い方位に現れる。送信アンテナのアレーファクタを調整することにより、送信アンテナの指向性を調整することができる。複数の導波部材上を伝送される電磁波の位相を個別に調整できるように、位相シフタを設けてもよい。位相シフタを設けることにより、送信アンテナの指向性を任意の方向に変更することができる。位相シフタの構成は周知であるため、その構成の説明は省略する。

【0154】

本応用例における受信アンテナは、グレーティングローブに由来する反射波の受信を低減できるため、以下に説明する処理の精度を向上させることができる。以下、受信処理の一例を説明する。

【0155】

図１７（ａ）は、車載レーダシステム５１０のアレーアンテナＡＡと、複数の到来波ｋ（ｋ：１〜Ｋの整数；以下同じ。Ｋは異なる方位に存在する物標の数。）との関係を示している。アレーアンテナＡＡは、直線状に配列されたＭ個のアンテナ素子を有する。原理上、アンテナは送信および受信の両方に利用することが可能であるため、アレーアンテナＡＡは送信アンテナおよび受信アンテナの両方を含み得る。以下では受信アンテナが受信した到来波を処理する方法の例を説明する。

【0156】

アレーアンテナＡＡは、様々な角度から同時に入射する複数の到来波を受ける。複数の到来波の中には、同じ車載レーダシステム５１０の送信アンテナから放射され、物標で反射された到来波が含まれる。さらに、複数の到来波の中には、他の車両から放射された直接的または間接的な到来波も含まれる。

【0157】

到来波の入射角度（すなわち到来方向を示す角度）は、アレーアンテナＡＡのブロードサイドＢを基準とする角度を表している。到来波の入射角度は、アンテナ素子群が並ぶ直線方向に垂直な方向に対する角度を表す。

【0158】

いま、ｋ番目の到来波に注目する。「ｋ番目の到来波」とは、異なる方位に存在するＫ個の物標からアレーアンテナにＫ個の到来波が入射しているときにおける、入射角θ_kによって識別される到来波を意味する。

【0159】

図１７（ｂ）は、ｋ番目の到来波を受信するアレーアンテナＡＡを示している。アレーアンテナＡＡが受信した信号は、Ｍ個の要素を持つ「ベクトル」として、数２のように表現できる。
（数２）
Ｓ＝［ｓ₁，ｓ₂，…，ｓ_M］^T
ここで、ｓ_m（ｍ：１〜Ｍの整数；以下同じ。）は、ｍ番目のアンテナ素子が受信した信号の値である。上付きのＴは転置を意味する。Ｓは列ベクトルである。列ベクトルＳは、アレーアンテナの構成によって決まる方向ベクトル（ステアリングベクトルまたはモードベクトルと称する。）と、物標（波源または信号源とも称する。）における信号を示す複素ベクトルとの積によって与えられる。波源の個数がＫであるとき、各波源から個々のアンテナ素子に到来する信号の波が線形的に重畳される。このとき、ｓ_mは数３のように表現できる。

【0160】

【数3】

【0161】

数３におけるａ_k、θ_kおよびφ_kは、それぞれ、ｋ番目の到来波の振幅、到来波の入射角度、および初期位相である。λは到来波の波長を示し、ｊは虚数単位である。

【0162】

数３から理解されるように、ｓ_mは、実部（Ｒｅ）と虚部（Ｉｍ）とから構成される複素数として表現されている。

【0163】

ノイズ（内部雑音または熱雑音）を考慮してさらに一般化すると、アレー受信信号Ｘは数４のように表現できる。
（数４）
Ｘ＝Ｓ＋Ｎ
Ｎはノイズのベクトル表現である。

【0164】

信号処理回路は、数４に示されるアレー受信信号Ｘを用いて到来波の自己相関行列Ｒｘｘ（数５）を求め、さらに自己相関行列Ｒｘｘの各固有値を求める。

【0165】

【数5】

ここで、上付きのＨは複素共役転置（エルミート共役）を表す。

【0166】

求めた複数の固有値のうち、熱雑音によって定まる所定値以上の値を有する固有値（信号空間固有値）の個数が、到来波の個数に対応する。そして、反射波の到来方向の尤度が最も大きくなる（最尤度となる）角度を算出することにより、物標の数および各物標が存在する角度を特定することができる。この処理は、最尤推定法として公知である。

【0167】

次に、図１８を参照する。図１８は、本開示による車両走行制御装置６００の基本構成の一例を示すブロック図である。図１８に示される車両走行制御装置６００は、車両に実装されたレーダシステム５１０と、レーダシステム５１０に接続された走行支援電子制御装置５２０とを備えている。レーダシステム５１０は、アレーアンテナＡＡと、レーダ信号処理装置５３０とを有している。

【0168】

アレーアンテナＡＡは、複数のアンテナ素子を有しており、その各々が１個または複数個の到来波に応答して受信信号を出力する。上述のように、アレーアンテナＡＡは高周波のミリ波を放射することも可能である。なお、アレーアンテナＡＡは、上記の実施形態におけるアレーアンテナに限らず、受信に適した他のアレーアンテナであってもよい。

【0169】

レーダシステム５１０のうち、アレーアンテナＡＡは車両に取り付けられる必要がある。しかしながらレーダ信号処理装置５３０の少なくとも一部の機能は、車両走行制御装置６００の外部（例えば自車両の外）に設けられたコンピュータ５５０およびデータベース５５２によって実現されてもよい。その場合、レーダ信号処理装置５３０のうちで車両内に位置する部分は、車両の外部に設けられたコンピュータ５５０およびデータベース５５２に、信号またはデータの双方向通信が行えるように、常時または随時に接続され得る。通信は、車両が備える通信デバイス５４０、および一般の通信ネットワークを介して行われる。

【0170】

データベース５５２は、各種の信号処理アルゴリズムを規定するプログラムを格納していても良い。レーダシステム５１０の動作に必要なデータおよびプログラムの内容は、通信デバイス５４０を介して外部から更新され得る。このように、レーダシステム５１０の少なくとも一部の機能は、クラウドコンピューティングの技術により、自車両の外部(他の車両の内部を含む)において実現し得る。したがって、本開示における「車載」のレーダシステムは、構成要素のすべてが車両に搭載されていることを必要としない。ただし、本願では、簡単のため、特に断らない限り、本開示の構成要素のすべてが１台の車両（自車両）に搭載されている形態を説明する。

【0171】

レーダ信号処理装置５３０は、信号処理回路５６０を有している。この信号処理回路５６０は、アレーアンテナＡＡから直接または間接に受信信号を受け取り、受信信号、または受信信号から生成した二次信号を到来波推定ユニットＡＵに入力する。受信信号から二次信号を生成する回路（不図示）の一部または全部は、信号処理回路５６０の内部に設けられている必要はない。このような回路（前処理回路）の一部または全部は、アレーアンテナＡＡとレーダ信号処理装置５３０との間に設けられていても良い。

【0172】

信号処理回路５６０は、受信信号または二次信号を用いて演算を行い、到来波の個数を示す信号を出力するように構成されている。ここで、「到来波の個数を示す信号」は、自車両の前方を走行する１または複数の先行車両の数を示す信号ということができる。

【0173】

この信号処理回路５６０は、公知のレーダ信号処理装置が実行する各種の信号処理を実行するように構成されていればよい。例えば、信号処理回路５６０は、ＭＵＳＩＣ法、ＥＳＰＲＩＴ法、およびＳＡＧＥ法などの「超分解能アルゴリズム」（スーパーレゾリューション法）、または相対的に分解能が低い他の到来方向推定アルゴリズムを実行するように構成され得る。

【0174】

図１８に示す到来波推定ユニットＡＵは、任意の到来方向推定アルゴリズムにより、到来波の方位を示す角度を推定し、推定結果を示す信号を出力する。信号処理回路５６０は、到来波推定ユニットＡＵが公知のアルゴリズムにより、到来波の波源である物標までの距離、物標の相対速度、物標の方位を推定し、推定結果を示す信号を出力する。

【0175】

本開示における「信号処理回路」の用語は、単一の回路に限られず、複数の回路の組み合わせを概念的に一つの機能部品として捉えた態様も含む。信号処理回路５６０は、１個または複数のシステムオンチップ（ＳｏＣ）によって実現されても良い。例えば、信号処理回路５６０の一部または全部がプログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）であるＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）であってもよい。その場合、信号処理回路５６０は、複数の演算素子（例えば汎用ロジックおよびマルチプライヤ）および複数のメモリ素子（例えばルックアップテーブルまたはメモリブロック）を含む。または、信号処理回路５６０は、汎用プロセッサおよびメインメモリ装置の集合であってもよい。信号処理回路５６０は、プロセッサコアとメモリとを含む回路であってもよい。これらは信号処理回路５６０として機能し得る。

【0176】

走行支援電子制御装置５２０は、レーダ信号処理装置５３０から出力される各種の信号に基づいて車両の走行支援を行うように構成されている。走行支援電子制御装置５２０は、所定の機能を発揮するように各種の電子制御ユニットに指示を行う。所定の機能は、例えば、先行車両までの距離（車間距離）が予め設定された値よりも短くなったときに警報を発してドライバにブレーキ操作を促す機能、ブレーキを制御する機能、アクセルを制御する機能を含む。例えば、自車両のアダプティブクルーズコントロールを行う動作モードのとき、走行支援電子制御装置５２０は、各種の電子制御ユニット（不図示）およびアクチュエータに所定の信号を送り、自車両から先行車両までの距離を予め設定された値に維持したり、自車両の走行速度を予め設定された値に維持したりする。

【0177】

ＭＵＳＩＣ法による場合、信号処理回路５６０は、自己相関行列の各固有値を求め、それらのうちの熱雑音によって定まる所定値（熱雑音電力）より大きい固有値（信号空間固有値）の個数を、到来波の個数を示すとして出力する。

【0178】

次に、図１９を参照する。図１９は、車両走行制御装置６００の構成の他の例を示すブロック図である。図１９の車両走行制御装置６００におけるレーダシステム５１０は、受信専用のアレーアンテナ（受信アンテナとも称する。）Ｒｘおよび送信専用のアレーアンテナ（送信アンテナとも称する。）Ｔｘを含むアレーアンテナＡＡと、物体検知装置５７０とを有している。

【0179】

送信アンテナＴｘおよび受信アンテナＲｘの少なくとも一方は、上述した導波路構造を有している。送信アンテナＴｘは、例えばミリ波である送信波を放射する。受信専用の受信アンテナＲｘは、１個または複数個の到来波（例えばミリ波）に応答して受信信号を出力する。

【0180】

送受信回路５８０は、送信波のための送信信号を送信アンテナＴｘに送り、また、受信アンテナＲｘで受けた受信波による受信信号の「前処理」を行う。前処理の一部または全部は、レーダ信号処理装置５３０の信号処理回路５６０によって実行されても良い。送受信回路５８０が行う前処理の典型的な例は、受信信号からビート信号を生成すること、および、アナログ形式の受信信号をデジタル形式の受信信号に変換することを含み得る。

【0181】

なお、本開示によるレーダシステムは、車両に搭載される形態の例に限定されず、道路または建物に固定されて使用され得る。

【0182】

続いて、車両走行制御装置６００のより具体的な構成の例を説明する。

【0183】

図２０は、車両走行制御装置６００のより具体的な構成の例を示すブロック図である。図２０に示される車両走行制御装置６００は、レーダシステム５１０と、車載カメラシステム７００とを備えている。レーダシステム５１０は、アレーアンテナＡＡと、アレーアンテナＡＡに接続された送受信回路５８０と、信号処理回路５６０とを有している。

【0184】

車載カメラシステム７００は、車両に搭載される車載カメラ７１０と、車載カメラ７１０によって取得された画像または映像を処理する画像処理回路７２０とを有している。

【0185】

本応用例における車両走行制御装置６００は、アレーアンテナＡＡおよび車載カメラ７１０に接続された物体検知装置４００と、物体検知装置４００に接続された走行支援電子制御装置５２０とを備えている。この物体検知装置４００は、前述した信号処理装置５３０に加えて、送受信回路５８０および画像処理回路７２０を含んでいる。物体検知装置４００は、レーダシステム５１０によって得られる情報だけではなく、画像処理回路７２０によって得られる情報を利用して、道路上または道路近傍における物標を検知することができる。例えば自車両が同一方向の２本以上の車線のいずれかを走行中において、自車両が走行している車線がいずれの車線であるかを、画像処理回路７２０によって判別し、その判別の結果を信号処理回路５６０に与えることができる。信号処理回路５６０は、所定の到来方向推定アルゴリズム（たとえばＭＵＳＩＣ法）によって先行車両の数および方位を認識するとき、画像処理回路７２０からの情報を参照することにより、先行車両の配置について、より信頼度の高い情報を提供することが可能になる。

【0186】

なお、車載カメラシステム７００は、自車両が走行している車線がいずれの車線であるかを特定する手段の一例である。他の手段を利用して自車両の車線位置を特定してもよい。例えば、超広帯域無線（ＵＷＢ：Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅ Ｂａｎｄ）を利用して、複数車線のどの車線を自車両が走行しているかを特定することができる。超広帯域無線は、位置測定および／またはレーダとして利用可能なことは広く知られている。超広帯域無線を利用すれば、路肩のガードレール、または中央分離帯からの距離を特定することが可能である。各車線の幅は、各国の法律等で予め定められている。これらの情報を利用して、自車両が現在走行中の車線の位置を特定することができる。なお、超広帯域無線は一例である。他の無線による電波を利用してもよい。また、レーザレーダを用いてもよい。

【0187】

アレーアンテナＡＡは、一般的な車載用ミリ波アレーアンテナであり得る。本応用例における送信アンテナＴｘは、ミリ波を送信波として車両の前方に放射する。送信波の一部は、典型的には先行車両である物標によって反射される。これにより、物標を波源とする反射波が発生する。反射波の一部は、到来波としてアレーアンテナ（受信アンテナ）ＡＡに到達する。アレーアンテナＡＡを構成している複数のアンテナ素子の各々は、１個または複数個の到来波に応答して、受信信号を出力する。反射波の波源として機能する物標の個数がＫ個（Ｋは１以上の整数）である場合、到来波の個数はＫ個であるが、到来波の個数Ｋは既知ではない。

【0188】

図１８の例では、レーダシステム５１０はアレーアンテナＡＡも含めて一体的にリアビューミラーに配置されるとした。しかしながら、アレーアンテナＡＡの個数および位置は、特定の個数および特定の位置に限定されない。アレーアンテナＡＡは、車両の後方に位置する物標を検知できるように車両の後面に配置されてもよい。また、車両の前面または後面に複数のアレーアンテナＡＡが配置されていても良い。アレーアンテナＡＡは、車両の室内に配置されていても良い。アレーアンテナＡＡとして、各アンテナ素子が上述したホーンを有するホーンアンテナが採用される場合でも、そのようなアンテナ素子を備えるアレーアンテナは車両の室内に配置され得る。

【0189】

信号処理回路５６０は、受信アンテナＲｘによって受信され、送受信回路５８０によって前処理された受信信号を受け取り、処理する。この処理は、受信信号を到来波推定ユニットＡＵに入力すること、
または、受信信号から二次信号を生成して二次信号を到来波推定ユニットＡＵに入力すること、を含む。

【0190】

図２０の例では、信号処理回路５６０から出力される信号および画像処理回路７２０から出力される信号を受け取る選択回路５９６が物体検知装置４００内に設けられている。選択回路５４は、信号処理回路５６０から出力される信号および画像処理回路５２から出力される信号の一方または両方を走行支援電子制御装置５２０に与える。

【0191】

図２１は、本応用例におけるレーダシステム５１０のより詳細な構成例を示すブロック図である。

【0192】

図２１に示すように、アレーアンテナＡＡは、ミリ波の送信を行う送信アンテナＴｘと、物標で反射された到来波を受信する受信アンテナＲｘとを備えている。図面上では送信アンテナＴｘは１つであるが、特性の異なる２種類以上の送信アンテナが設けられていてもよい。アレーアンテナＡＡは、Ｍ個（Ｍは３以上の整数）のアンテナ素子１１₁、１１₂、・・・、１１_Mを備えている。複数のアンテナ素子１１₁、１１₂、・・・、１１_Mの各々は、到来波に応答して、受信信号Ｓ₁、Ｓ₂、・・・、Ｓ_M（図２１）を出力する。

【0193】

アレーアンテナＡＡにおいて、アンテナ素子１１₁〜１１_Mは、例えば、固定された間隔を置いて直線状または面状に配列されている。到来波は、アンテナ素子１１₁〜１１_Mが配列されている面の法線に対する角度θの方向からアレーアンテナＡＡに入射する。このため、到来波の到来方向は、この角度θによって規定される。

【0194】

１個の物標からの到来波がアレーアンテナＡＡに入射するとき、アンテナ素子１１₁〜１１_Mには、同一の角度θの方位から平面波が入射すると近似できる。異なる方位にあるＫ個の物標からアレーアンテナＡＡにＫ個の到来波が入射しているとき、相互に異なる角度θ₁〜θ_Kによって個々の到来波を識別することができる。

【0195】

図２１に示されるように、物体検知装置４００は、送受信回路５８０と信号処理回路５６０とを含む。

【0196】

送受信回路５８０は、三角波生成回路５２１、ＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ−Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ−Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：電圧制御可変発振器）５８２、分配器５８３、ミキサ５８４、フィルタ５８５、スイッチ５８６、Ａ／Ｄコンバータ５８７、制御器５８８を備える。本応用例におけるレーダシステムは、ＦＭＣＷ方式でミリ波の送受信を行うように構成されているが、本開示のレーダシステムは、この方式に限定されない。送受信回路５８０は、アレーアンテナＡＡからの受信信号と送信アンテナＴＡのための送信信号とに基づいて、ビート信号を生成するように構成されている。

【0197】

信号処理回路５６０は、距離検出部５３３、速度検出部５３４、方位検出部５３６を備える。信号処理回路５６０は、送受信回路５８０のＡ／Ｄコンバータ５８７からの信号を処理し、検出された物標までの距離、物標の相対速度、物標の方位を示す信号をそれぞれ出力するように構成されている。

【0198】

まず、送受信回路５８０の構成および動作を詳細に説明する。

【0199】

三角波生成回路５８１は三角波信号を生成し、ＶＣＯ５８２に与える。ＶＣＯ５８２は、三角波信号に基づいて変調された周波数を有する送信信号を出力する。図２２は、三角波生成回路５８１が生成した信号に基づいて変調された送信信号の周波数変化を示している。この波形の変調幅はΔｆ、中心周波数はｆ０である。このようにして周波数が変調された送信信号は分配器５８３に与えられる。分配器５８３は、ＶＣＯ５８２から得た送信信号を、各ミキサ５８４および送信アンテナＴｘに分配する。こうして、送信アンテナは、図２２に示されるように三角波状に変調された周波数を有するミリ波を放射する。

【0200】

図２２には、送信信号に加えて、単一の先行車両で反射された到来波による受信信号の例が記載されている。受信信号は、送信信号に比べて遅延している。この遅延は、自車両と先行車両との距離に比例している。また、受信信号の周波数は、ドップラー効果により、先行車両の相対速度に応じて増減する。

【0201】

受信信号と送信信号とを混合すると、周波数の差異に基づいてビート信号が生成される。このビート信号の周波数（ビート周波数）は、送信信号の周波数が増加する期間（上り）と、送信信号の周波数が減少する期間（下り）とで異なる。各期間におけるビート周波数が求められると、それらのビート周波数に基づいて、物標までの距離と、物標の相対速度が算出される。

【0202】

図２３は、「上り」の期間におけるビート周波数ｆｕ、および「下り」の期間におけるビート周波数ｆｄを示している。図２３のグラフにおいて、横軸が周波数、縦軸が信号強度である。このようなグラフは、ビート信号の時間−周波数変換を行うことによって得られる。ビート周波数ｆｕ、ｆｄが得られると、公知の式に基づいて、物標までの距離と、物標の相対速度が算出される。本応用例では、以下に説明する構成および動作により、アレーアンテナＡＡの各アンテナ素子に対応したビート周波数を求め、それに基づいて物標の位置情報を推定することが可能になる。

【0203】

図２１に示される例において、各アンテナ素子１１₁〜１１_Mに対応したチャンネルＣｈ₁〜Ｃｈ_Mからの受信信号は、増幅器によって増幅され、対応するミキサ５８４に入力される。ミキサ５８４の各々は、増幅された受信信号に送信信号を混合する。この混合により、受信信号と送信信号との間にある周波数差に対応したビート信号が生成される。生成されたビート信号は、対応するフィルタ５８５に与えられる。フィルタ５８５は、チャンネルＣｈ₁〜Ｃｈ_Mのビート信号の帯域制限を行い、帯域制限されたビート信号をスイッチ５８６に与える。

【0204】

スイッチ５８６は、制御器５８８から入力されるサンプリング信号に応答してスイッチングを実行する。制御器５８８は、例えばマイクロコンピュータによって構成され得る。制御器５８８は、ＲＯＭなどのメモリに格納されたコンピュータプログラムに基づいて、送受信回路５８０の全体を制御する。制御器５８８は、送受信回路５８０の内部に設けられている必要は無く、信号処理回路５６０の内部に設けられていても良い。つまり、送受信回路５８０は信号処理回路５６０からの制御信号にしたがって動作してもよい。または、送受信回路５８０および信号処理回路５６０の全体を制御する中央演算ユニットなどによって、制御器５８８の機能の一部または全部が実現されていても良い。

【0205】

フィルタ５８５の各々を通過したチャンネルＣｈ₁〜Ｃｈ_Mのビート信号は、スイッチ５８６を介して、順次、Ａ／Ｄコンバータ５８７に与えられる。Ａ／Ｄコンバータ５８７は、サンプリング信号に同期してスイッチ５８６から入力されるチャンネルＣｈ₁〜Ｃｈ_Mのビート信号を、サンプリング信号に同期してデジタル信号に変換する。

【0206】

以下、信号処理回路５６０の構成および動作を詳細に説明する。本応用例では、ＦＭＣＷ方式によって、物標までの距離および物標の相対速度を推定する。レーダシステムは、以下に説明するＦＭＣＷ方式に限定されず、２周波ＣＷまたはスペクトル拡散などの他の方式を用いても実施可能である。

【0207】

図２１に示される例において、信号処理回路５６０は、メモリ５３１、受信強度算出部５３２、距離検出部５３３、速度検出部５３４、ＤＢＦ（デジタルビームフォーミング）処理部５３５、方位検出部５３６、物標引継ぎ処理部５３７、相関行列生成部５３８、物標出力処理部５３９および到来波推定ユニットＡＵを備えている。前述したように、信号処理回路５６０の一部または全部がＦＰＧＡによって実現されていてもよく、汎用プロセッサおよびメインメモリ装置の集合によって実現されていてもよい。メモリ５３１、受信強度算出部５３２、ＤＢＦ処理部５３５、距離検出部５３３、速度検出部５３４、方位検出部５３６、物標引継ぎ処理部５３７、および到来波推定ユニットＡＵは、それぞれ、別個のハードウェアによって実現される個々の部品であってもよいし、１つの信号処理回路における機能上のブロックであってもよい。

【0208】

図２４は、信号処理回路５６０がプロセッサＰＲおよびメモリ装置ＭＤを備えるハードウェアによって実現されている形態の例を示している。このような構成を有する信号処理回路５６０も、メモリ装置ＭＤに格納されたコンピュータプログラムの働きにより、図２１に示す受信強度算出部５３２、ＤＢＦ処理部５３５、距離検出部５３３、速度検出部５３４、方位検出部５３６、物標引継ぎ処理部５３７、相関行列生成部５３８、到来波推定ユニットＡＵの機能が果たされ得る。

【0209】

本応用例における信号処理回路５６０は、デジタル信号に変換された各ビート信号を受信信号の二次信号として、先行車両の位置情報を推定し、推定結果を示す信号を出力するよう構成されている。以下、本応用例における信号処理回路５６０の構成および動作を詳細に説明する。

【0210】

信号処理回路５６０内のメモリ５３１は、Ａ／Ｄコンバータ５２７から出力されるデジタル信号をチャンネルＣｈ₁〜Ｃｈ_Mごとに格納する。メモリ５３１は、例えば、半導体メモリ、ハードディスクおよび／または光ディスクなどの一般的な記憶媒体によって構成され得る。

【0211】

受信強度算出部５３２は、メモリ５３１に格納されたチャンネルＣｈ₁〜Ｃｈ_Mごとのビート信号（図２２の下図）に対してフーリエ変換を行う。本明細書では、フーリエ変換後の複素数データの振幅を「信号強度」と称する。受信強度算出部５３２は、複数のアンテナ素子のいずれかの受信信号の複素数データ、または、複数のアンテナ素子のすべての受信信号の複素数データの加算値を周波数スペクトルに変換する。こうして得られたスペクトルの各ピーク値に対応するビート周波数、すなわち距離に依存した物標（先行車両）の存在を検出することができる。全アンテナ素子の受信信号の複素数データを加算すると、ノイズ成分が平均化されるため、Ｓ／Ｎ比が向上する。

【0212】

物標、すなわち先行車両が１個の場合、フーリエ変換の結果、図２３に示されるように、周波数が増加する期間（「上り」の期間）および減少する期間（「下り」の期間）に、それぞれ、１個のピーク値を有するスペクトルが得られる。「上り」の期間におけるピーク値のビート周波数を「ｆｕ」、「下り」の期間におけるピーク値のビート周波数を「ｆｄ」をする。

【0213】

受信強度算出部５３２は、ビート周波数毎の信号強度から、予め設定された数値（閾値）を超える信号強度を検出することによって、物標が存在していることを判定する。受信強度算出部５３２は、信号強度のピークを検出した場合、ピーク値のビート周波数（ｆｕ、ｆｄ）を対象物周波数として距離検出部５３３、速度検出部５３４へ出力する。受信強度算出部５３２は、周波数変調幅Δｆを示す情報を距離検出部５３３へ出力し、中心周波数ｆ０を示す情報を速度検出部５３４へ出力する。

【0214】

受信強度算出部５３２は、複数の物標に対応する信号強度のピークが検出された場合には、上りのピーク値と下りのピーク値とを予め定められた条件によって対応づける。同一の物標からの信号と判断されたピークに同一の番号を付与し、距離検出部５３３および速度検出部５３４に与える。

【0215】

複数の物標が存在する場合、フーリエ変換後、ビート信号の上り部分とビート信号の下り部分のそれぞれに物標の数と同じ数のピークが表れる。レーダと物標の距離に比例して、受信信号が遅延し、図２２における受信信号は右方向にシフトするので、レーダと物標との距離が離れるほど、ビート信号の周波数は、小さくなる。

【0216】

距離検出部５３３は、受信強度算出部５３２から入力されるビート周波数ｆｕ、ｆｄに基づいて、下記の式により距離Ｒを算出し、物標引継ぎ処理部５３７へ与える。
Ｒ＝｛Ｃ・Ｔ／（２・Δｆ）｝・｛（ｆｕ＋ｆｄ）／２｝

【0217】

また、速度検出部５３４は、受信強度算出部５３２から入力されるビート周波数ｆｕ、ｆｄに基づいて、下記の式によって相対速度Ｖを算出し、物標引継ぎ処理部５３７へ与える。
Ｖ＝｛Ｃ／（２・ｆ０）｝・｛（ｆｕ−ｆｄ）／２｝

【0218】

距離Ｒおよび相対速度Ｖを算出する式において、Ｃは光速度、Ｔは変調周期である。

【0219】

なお、距離Ｒの分解能下限値は、Ｃ／（２Δｆ）で表される。したがって、Δｆが大きくなるほど、距離Ｒの分解能が高まる。周波数ｆ０が約７６ＧＨｚ帯の場合において、Δｆを６００メガヘルツ（ＭＨｚ）程度に設定するとき、距離Ｒの分解能は例えば０．７メートル（ｍ）程度である。このため、２台の先行車両が併走しているとき、ＦＭＣＷ方式では車両が１台なのか２台なのかを識別することは困難である場合がある。このような場合、角度分解能が極めて高い到来方向推定アルゴリズムを実行すれば、２台の先行車両の方位を分離して検出することが可能である。

【0220】

ＤＢＦ処理部５３５は、アンテナ素子１１₁、１１₂、・・・、１１_Mにおける信号の位相差を利用して、入力される各アンテナに対応した時間軸でフーリエ変換された複素データを、アンテナ素子の配列方向にフーリエ変換する。そして、ＤＢＦ処理部５３５は、角度分解能に対応した角度チャネル毎のスペクトルの強度を示す空間複素数データを算出し、ビート周波数毎に方位検出部５３６に出力する。

【0221】

方位検出部５３６は、先行車両の方位を推定するために設けられている。方位検出部５３６は、算出されたビート周波数毎の空間複素数データの値の大きさのうち、一番大きな値を取る角度θを対象物が存在する方位として物標引継ぎ処理部５３７に出力する。

【0222】

なお、到来波の到来方向を示す角度θを推定する方法は、この例に限定されない。前述した種々の到来方向推定アルゴリズムを用いて行うことができる。特に本応用例によれば、先行車両の配置が検知できるため、到来波の個数が既知である。その結果、到来方向推定アルゴリズムによる演算の量を低減して高分解能の方位推定が可能になる。

【0223】

物標引継ぎ処理部５３７は、今回算出した対象物の距離、相対速度、方位の値と、メモリ５３１から読み出した１サイクル前に算出された対象物の距離、相対速度、方位の値とのそれぞれの差分の絶対値を算出する。そして、差分の絶対値が、それぞれの値毎に決められた値よりも小さいとき、物標引継ぎ処理部５３７は、１サイクル前に検知した物標と今回検知した物標とを同じものと判定する。その場合、物標引継ぎ処理部５３７は、メモリ５３１から読み出したその物標の引継ぎ処理回数を１つだけ増やす。

【0224】

物標引継ぎ処理部５３７は、差分の絶対値が決められた値よりも大きな場合には、新しい対象物を検知したと判断する。物標引継ぎ処理部５３７は、今回の対象物の距離、相対速度、方位およびその対象物の物標引継ぎ処理回数をメモリ５３１に保存する。

【0225】

信号処理回路５６０で、受信した反射波を基にして生成された信号であるビート信号を周波数解析して得られるスペクトラムを用い、対象物との距離、相対速度を検出することができる。

【0226】

相関行列生成部５３８は、メモリ５３１に格納されたチャンネルＣｈ₁〜Ｃｈ_Mごとのビート信号（図２２の下図）を用いて自己相関行列を求める。数５の自己相関行列において、各行列の成分は、ビート信号の実部および虚部によって表現される値である。相関行列生成部５３８は、さらに自己相関行列Ｒｘｘの各固有値を求め、得られた固有値の情報を到来波推定ユニットＡＵへ入力する。

【0227】

受信強度算出部５３２は、複数の対象物に対応する信号強度のピークが複数検出された場合、上りの部分および下りの部分のピーク値ごとに、周波数が小さいものから順番に番号をつけて、物標出力処理部５３９へ出力する。ここで、上りおよび下りの部分において、同じ番号のピークは、同じ対象物に対応しており、それぞれの識別番号を対象物の番号とする。なお、煩雑化を回避するため、図２１では、受信強度算出部５３２から物標出力処理部５３９への引出線の記載は省略している。

【0228】

物標出力処理部５３９は、対象物が前方構造物である場合に、その対象物の識別番号を物標として出力する。物標出力処理部５３９は、複数の対象物の判定結果を受け取り、そのどちらもが前方構造物である場合、自車両の車線上にある対象物の識別番号を物標が存在する物体位置情報として出力する。また、物標出力処理部５３９は、複数の対象物の判定結果を受け取り、そのどちらもが前方構造物である場合であって、２つ以上の対象物が自車両の車線上にある場合、メモリ５３１から読み出した物標引継ぎ処理回数が多い対象物の識別番号を物標が存在する物体位置情報として出力する。

【0229】

再び図２０を参照し、車載レーダシステム５１０が図２０に示す例に組み込まれた場合の例を説明する。画像処理回路７２０は、映像から物体の情報を取得し、その物体の情報から物標位置情報を検出する。画像処理回路７２０は、例えば、取得した映像内のオブジェクトの奥行き値を検出して物体の距離情報を推定したり、映像の特徴量から物体の大きさの情報等を検出したりすることにより、予め設定された物体の位置情報を検出するように構成されている。

【0230】

選択回路５９６は、信号処理回路５６０および画像処理回路７２０から受け取った位置情報を選択的に走行支援電子制御装置５２０に与える。選択回路５９６は、例えば、信号処理回路５６０の物体位置情報に含まれている、自車両から検出した物体までの距離である第１距離と、画像処理回路７２０の物体位置情報に含まれている、自車両から検出した物体までの距離である第２距離とを比較してどちらが自車両に対して近距離であるかを判定する。例えば、判定された結果に基づいて、自車両に近いほうの物体位置情報を選択回路５９６が選択して走行支援電子制御装置５２０に出力し得る。なお、判定の結果、第１距離および第２距離が同じ値であった場合には、選択回路５９６は、そのいずれか一方または両方を走行支援電子制御装置５２０に出力し得る。

【0231】

なお、物標出力処理部５３９（図２１）は、受信強度算出部３２から物標候補がないという情報が入力された場合には、物標なしとしてゼロを物体位置情報として出力する。そして、選択回路５９６は、物標出力処理部５３９からの物体位置情報に基づいて予め設定された閾値と比較することで信号処理回路５６０あるいは画像処理回路７２０の物体位置情報を使用するか選択している。

【0232】

物体検知装置４００によって先行物体の位置情報を受け取った走行支援電子制御装置５２０は、予め設定された条件により、物体位置情報の距離や大きさ、自車両の速度、降雨、降雪、晴天などの路面状態等の条件と併せて、自車両を運転しているドライバに対して操作が安全あるいは容易となるような制御を行う。例えば、走行支援電子制御装置５２０は、物体位置情報に物体が検出されていない場合、予め設定されている速度までスピードを上げるようにアクセル制御回路５２６に制御信号を送り、アクセル制御回路５２６を制御してアクセルペダルを踏み込むことと同等の動作を行う。

【0233】

走行支援電子制御装置５２０は、物体位置情報に物体が検出されている場合において、自車両から所定の距離であることが分かれば、ブレーキバイワイヤ等の構成により、ブレーキ制御回路５２４を介してブレーキの制御を行う。すなわち、速度を落とし、車間距離を一定に保つように操作する。走行支援電子制御装置５２０は、物体位置情報を受けて、警告制御回路５２２に制御信号を送り、車内スピーカを介して先行物体が近づいていることをドライバに知らせるように音声またはランプの点灯を制御する。走行支援電子制御装置５２０は、先行車両の配置を含む物体位置情報を受けとり、予め設定された走行速度の範囲であれば、先行物体との衝突回避支援を行うために自動的にステアリングを左右どちらかに操作し易くするか、あるいは、強制的に車輪の方向を変更するようにステアリング側の油圧を制御する等を行うことができる。

【0234】

上述の物体検知装置４００は、一般的なコンピュータを、上述の各構成要素として機能させるプログラムにより動作させることで実現することができる。このプログラムは、通信回線を介して配布することも可能であるし、半導体メモリまたはＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に書き込んで配布することも可能である。

【0235】

物体検知装置４００では、選択回路５９６が前回検出サイクルにおいて一定時間連続して検出していた物体位置情報のデータで、今回検出サイクルで検出できなかったデータに対して、カメラで検出したカメラ映像からの先行物体を示す物体位置情報が紐付けされれば、トラッキングを継続させる判断を行い、信号処理回路５６０からの物体位置情報を優先的に出力するようにしても構わない。

【0236】

信号処理回路５６０および画像処理回路７２０の出力を選択回路５９６に選択するための具体的構成の例および動作の例は、特開２０１４−１１９３４８号公報に開示されている。この公報の内容の全体をここに援用する。

【0237】

上述の車載レーダシステムは一例である。上述したアレーアンテナは、アンテナを利用するあらゆる技術分野において利用可能である。

【産業上の利用可能性】

【0238】

本開示の導波路装置およびアンテナ装置は、ギガヘルツ帯域またはテラヘルツ帯域の電磁波の送受信を行う各種の用途に利用され得る。特に小型化が求められる車載レーダおよび無線通信システムに好適に用いられ得る。

【符号の説明】

【0239】

１００、１０００ マイクロ波ＩＣ導波路装置モジュール（モジュール）
１１０ マイクロ波ＩＣ基板
１１０ａ マイクロ波ＩＣ基板の下面
１１０ｂ マイクロ波ＩＣ基板の上面
１１０ｃ、１１０ｃ−１、１１０ｃ−２ 導電部材
１２０ ワッフルアイアン遮断部材（遮断部材、導電プレート）
１２０’ ワッフルアイアン遮断部材
１２２ 導波部材
１２２ａ 導波面
１２４、１２４’ 複数の導電性ロッド
１３０ マイクロ波ＩＣ
１４０ 貫通孔
１４０ａ 内壁導電部
１５０ チョーク構造
１６０ 絶縁樹脂
１７０ ヒートシンク
Ｓ 信号端子
Ｇ グランド端子

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14A】

【図14B】

【図14C】

【図14D】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】