特許 7434213 レーダ装置及びレーダシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-09

(45)【発行日】2024-02-20

(54)【発明の名称】レーダ装置及びレーダシステム

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/02 20060101AFI20240213BHJP

   G01S 7/03 20060101ALI20240213BHJP

【ＦＩ】

G01S7/02 216

G01S7/03 220

【請求項の数】 19

(21)【出願番号】P 2021100700

(22)【出願日】2021-06-17

(65)【公開番号】P2023000084

(43)【公開日】2023-01-04

【審査請求日】2023-03-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(74)【代理人】

【識別番号】110001737

【氏名又は名称】弁理士法人スズエ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】森 浩樹

(72)【発明者】

【氏名】朱 旭

(72)【発明者】

【氏名】吉田 弘

(72)【発明者】

【氏名】橋本 紘

【審査官】藤田 都志行

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－２０１２８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】欧州特許出願公開第１６３０５７０（ＥＰ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１１／１０８３９７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００８－０８９６１４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ ７／００－ ７／４２

Ｇ０１Ｓ １３／００－１３／９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

送信アンテナと複数の第１集積回路とを含む送信モジュールと、
受信アンテナと複数の第２集積回路とを含む受信モジュールと、
第３集積回路と、
を具備し、
前記複数の第１集積回路の各々は、複数の第１送信回路と、複数の第１受信回路と、第１信号生成回路と、を含み、
前記複数の第２集積回路の各々は、複数の第２送信回路と、複数の第２受信回路と、第２信号生成回路と、を含み、
前記第３集積回路は、複数の第３送信回路と、複数の第３受信回路と、第３信号生成回路と、を含む、レーダ装置。

【請求項2】

前記複数の第１送信回路は前記第３信号生成回路に接続される、請求項１に記載のレーダ装置。

【請求項3】

前記複数の第２受信回路は前記第３信号生成回路に接続される、請求項１又は請求項２に記載のレーダ装置。

【請求項4】

前記送信モジュールは第１分配器を備え、
前記複数の第１送信回路は前記第１分配器を介して前記第３信号生成回路に接続される、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のレーダ装置。

【請求項5】

前記第１分配器から前記複数の第１送信回路までの複数の信号線は等長である、請求項４に記載のレーダ装置。

【請求項6】

前記受信モジュールは第２分配器を備え、
前記複数の第２受信回路は前記第２分配器を介して前記第３信号生成回路に接続される、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のレーダ装置。

【請求項7】

前記第２分配器から前記複数の第２受信回路までの複数の信号線は等長である、請求項６に記載のレーダ装置。

【請求項8】

前記送信アンテナは第１基板に配置され、
前記受信アンテナは第２基板に配置され、
前記送信アンテナは第１方向に第１間隔で配置される複数の送信アンテナ素子を備え、
前記受信アンテナは前記第１方向と直交する第２方向に前記第１間隔で配置される複数の受信アンテナ素子を備え、
前記複数の送信アンテナ素子の中の前記第２基板に最も近い送信アンテナ素子と前記複数の受信アンテナ素子の中の前記第１基板に最も近い受信アンテナ素子との前記第２方向における距離は前記第１間隔である、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載のレーダ装置。

【請求項9】

前記複数の送信アンテナ素子の中の前記第２基板に最も近い送信アンテナ素子と前記複数の受信アンテナ素子の中の前記第１基板に最も近い受信アンテナ素子との前記第１方向における距離は前記第１間隔である、請求項８に記載のレーダ装置。

【請求項10】

前記送信アンテナは複数の送信アンテナ素子を備え、
前記受信アンテナは複数の受信アンテナ素子を備え、
前記複数の送信アンテナ素子の給電方向は第１方向であり、
前記複数の受信アンテナ素子の給電方向は前記第１方向であり、
前記複数の送信アンテナ素子の一部又は前記複数の受信アンテナ素子の一部は第１の向きで給電され、
前記複数の送信アンテナ素子の他の一部又は前記複数の受信アンテナ素子の他の一部は第２の向きで給電され、
前記レーダ装置は前記複数の受信アンテナ素子の他の一部により受信された信号の位相を反転する回路をさらに具備する、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載のレーダ装置。

【請求項11】

第１送信アンテナと複数の第１集積回路とを含む第１送信モジュールと、
第２送信アンテナと複数の第２集積回路とを含む第２送信モジュールと、
第１受信アンテナと複数の第３集積回路とを含む第１受信モジュールと、
第２受信アンテナと複数の第４集積回路とを含む第２受信モジュールと、
第５集積回路と、
を具備し、
前記複数の第１集積回路の各々は、複数の第１送信回路と、複数の第１受信回路と、第１信号生成回路と、を含み、
前記複数の第２集積回路の各々は、複数の第２送信回路と、複数の第２受信回路と、第２信号生成回路と、を含み、
前記複数の第３集積回路の各々は、複数の第３送信回路と、複数の第３受信回路と、第３信号生成回路と、を含み、
前記複数の第４集積回路の各々は、複数の第４送信回路と、複数の第４受信回路と、第４信号生成回路と、を含み、
前記第５集積回路は、複数の第５送信回路と、複数の第５受信回路と、第５信号生成回路と、を含む、レーダ装置。

【請求項12】

前記複数の第１送信回路と前記複数の第２送信回路は、前記第５信号生成回路に接続される、請求項１１に記載のレーダ装置。

【請求項13】

前記複数の第３受信回路と前記複数の第４受信回路は、前記第５信号生成回路に接続される、請求項１１又は請求項１２に記載のレーダ装置。

【請求項14】

前記第１送信アンテナは第１基板に配置され、
前記第２送信アンテナは第２基板に配置され、
前記第１送信アンテナは第１方向に第１間隔で配置される複数の送信アンテナ素子を備え、
前記第２送信アンテナは前記第１方向に前記第１間隔で配置される複数の送信アンテナ素子を備え、
前記第１基板に配置された複数の送信アンテナ素子の中の前記第２基板に最も近い送信アンテナ素子と前記第２基板に配置された複数の送信アンテナ素子の中の前記第１基板に最も近い送信アンテナ素子との前記第１方向における距離は前記第１間隔である、請求項１１乃至請求項１３のいずれか一項に記載のレーダ装置。

【請求項15】

前記第１受信アンテナは第１基板に配置され、
前記第２受信アンテナは第２基板に配置され、
前記第１受信アンテナは第１方向に第１間隔で配置される複数の受信アンテナ素子を備え、
前記第２受信アンテナは前記第１方向に前記第１間隔で配置される複数の受信アンテナ素子を備え、
前記第１基板に配置された複数の受信アンテナ素子の中の前記第２基板に最も近い受信アンテナ素子と前記第２基板に配置された複数の受信アンテナ素子の中の前記第１基板に最も近い受信アンテナ素子との前記第１方向における距離は前記第１間隔である、請求項１１乃至請求項１３のいずれか一項に記載のレーダ装置。

【請求項16】

前記第１送信アンテナは第１基板に配置され、
前記第１受信アンテナは第２基板に配置され、
前記第１送信アンテナは第１方向に第１間隔で配置される複数の送信アンテナ素子を備え、
前記第１受信アンテナは前記第１方向と直交する第２方向に前記第１間隔で配置される複数の受信アンテナ素子を備え、
前記複数の送信アンテナ素子の中の前記第２基板に最も近い送信アンテナ素子と前記複数の受信アンテナ素子の中の前記第１基板に最も近い受信アンテナ素子との前記第２方向における距離は前記第１間隔である、請求項１１乃至請求項１３のいずれか一項に記載のレーダ装置。

【請求項17】

前記複数の送信アンテナ素子は前記第１基板の前記第１方向に沿う辺から第２間隔で配置され、
前記複数の受信アンテナ素子の中の前記第１基板に最も近い受信アンテナ素子は、前記第２基板の前記第２方向に沿う辺から第３間隔で配置され、
前記第２間隔と前記第３間隔との和は前記第１間隔である、請求項１６に記載のレーダ装置。

【請求項18】

前記第１送信アンテナは複数の送信アンテナ素子を備え、
前記第１受信アンテナは複数の受信アンテナ素子を備え、
前記複数の送信アンテナ素子の給電方向は第１方向であり、
前記複数の受信アンテナ素子の給電方向は前記第１方向であり、
前記複数の送信アンテナ素子の一部又は前記複数の受信アンテナ素子の一部は第１の向きで給電され、
前記複数の送信アンテナ素子の他の一部又は前記複数の受信アンテナ素子の他の一部は第２の向きで給電され、
前記レーダ装置は前記複数の受信アンテナ素子の他の一部により受信された信号の位相を反転する回路を具備する、請求項１１乃至請求項１３のいずれか一項に記載のレーダ装置。

【請求項19】

請求項１乃至請求項１８のいずれか一項に記載のレーダ装置と、
前記レーダ装置が受信した受信信号を処理する処理部と、
前記処理部の処理結果を表示する表示装置と、
を具備するレーダシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はレーダ装置及びレーダシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

レーダ機能を有する集積回路が商用化されている。この集積回路を用いることにより、レーダ装置が安価に利用できる。レーダ装置は、自動車、非破壊検査、医療、セキュリティなど、多様な分野への応用が期待されている。レーダ機能を有する集積回路に搭載できるアンテナの本数は少ない。そのため、アレイアンテナの開口長の拡大に限界があり、レーダ装置の空間分解能を高めることは容易ではない。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【文献】デザイン・ガイド：ＴＩＤＥＰ－０１０１２（カスケード接続のミリ波センサを使用したイメージング・レーダーの リファレンス・デザイン）、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ、２０１９年６月

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の目的は空間分解能の高いレーダ装置及びレーダシステムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態に係るレーダ装置は、送信モジュールと受信モジュールと第３集積回路を含む。送信モジュールは送信アンテナと複数の第１集積回路を含む。受信モジュールは受信アンテナと複数の第２集積回路を含む。複数の第１集積回路の各々は複数の第１送信回路と複数の第１受信回路と第１信号生成回路を含む。複数の第２集積回路の各々は複数の第２送信回路と複数の第２受信回路と第２信号生成回路を含む。第３集積回路は複数の第３送信回路と複数の第３受信回路と第３信号生成回路を含む。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】第１実施形態に係るレーダ装置の一例を示す回路図。

【図2】レーダ機能を有する集積回路（ＩＣ）の一例を示す回路図。

【図3】第１実施形態に係るレーダ装置の具体的を示す回路図。

【図4】第１実施形態に係るレーダ装置内の送信モジュール、受信モジュール及び信号生成モジュールの実装例を示す平面図。

【図5】送信モジュールに含まれるＩＣと送信アンテナ素子の接続例を示す図。

【図6】受信モジュールに含まれるＩＣと受信アンテナ素子の接続例を示す図。

【図7】第２実施形態に係るレーダ装置の一例を示す回路図。

【図8】第２実施形態に係るレーダ装置の実装例を示す平面図。

【図9】第２実施形態に係るレーダ装置の隣接する一対の送信モジュールにおける送信アンテナ素子の配置例を示す図。

【図10】第２実施形態に係るレーダ装置の隣接する一対の受信モジュールにおける受信アンテナ素子の配置例を示す図。

【図11】第２実施形態に係るレーダ装置の送信モジュールと受信モジュールにおける送信アンテナ素子と受信アンテナ素子の配置例を示す図。

【図12】第２実施形態に係るレーダ装置における給電方法の一例を示す図。

【図13】第２実施形態に係るレーダ装置における給電方法の他の例を示す図。

【図14】第３実施形態に係るレーダシステムの一例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0007】

本明細書によって開示される実施形態は、技術的思想の創作を具体化するための装置、及び方法等を例示するものである。そのため、本明細書によって開示される構成要素の構造、形状、配置等は、当該開示に限定されず、当業者が本開示から容易に想到し得る変形は、当然に、当該開示に含まれる。また、本明細書において参照される図面は、実施形態の説明を容易にするためのものである。そのため、図面は場合に応じて、実施される際に用いられる各要素より、抽象的、模式的に示される場合がある。従って、図面に示される各要素のサイズ、厚み、平面寸法又は形状等はこれに限定されない。なお、以下の説明において「接続」は、直接接続のみならず、他の要素を介して接続されることも意味する。

【0008】

以下、図面を参照して、実施形態を説明する。

【0009】

（第１実施形態）
図１乃至図６を参照して、第１実施形態に係るレーダ装置について説明する。
図１は、第１実施形態に係るレーダ装置１１０の一例を示す回路図である。レーダ装置１１０は、送信モジュール１０、受信モジュール２０及び信号生成モジュール３０を含む。レーダ装置１１０には、上位階層のプロセッサ９０が接続される。

【0010】

信号生成モジュール３０は、時間の経過に応じて周波数が直線的に増加する線形の周波数変調連続波（Ｌ－ＦＭＣＷ：Ｌｉｎｅａｒ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）方式のレーダ機能を有する集積回路（以下、ＩＣと称される）３２と分配器３４を含む。ＩＣ３２はＬ－ＦＭＣＷ信号（チャープ信号とも称される）とクロック信号を生成する。分配器３４は、入力信号を２出力端子に分配して、信号生成モジュール３０から出力させる。分配器３４は、チャープ信号とクロック信号を送信モジュール１０及び受信モジュール２０に供給する。

【0011】

送信モジュール１０は、Ｌ－ＦＭＣＷ方式のレーダ機能を有するＩＣ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、送信アレイアンテナ及び分配器１８ａ、１８ｂ、１８ｃを含む。ＩＣの数は４個に限らず、複数であれば、何個でもよい。送信アレイアンテナは複数の送信アンテナ素子１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ、１６ｇ、１６ｈ、１６ｉ、１６ｊ、１６ｋ、１６ｌ、１６ｍ、１６ｎ、１６ｏ、１６ｐを含む。送信アンテナ素子１６ａ－１６ｐの各々の例はパッチアンテナである。４個の送信アンテナ素子が４個のＩＣ１２ａ－１２ｄに夫々接続される。例えば、送信アンテナ素子１６ａ－１６ｄがＩＣ１２ａに接続され、送信アンテナ素子１６ｅ－１６ｈがＩＣ１２ｂに接続され、送信アンテナ素子１６ｉ－１６ｌがＩＣ１２ｃに接続され、送信アンテナ素子１６ｍ－１６ｐがＩＣ１２ｄに接続される。

【0012】

各ＩＣＩＣ１２ａ－１２ｄに接続される送信アンテナ素子の数は４個に限らず、２個でもよいし、６個以上でもよいし、奇数でもよい。送信アンテナ素子１６ａ－１６ｐの中の隣接するアンテナ素子（例えば１６ａと１６ｂ）の間隔は一定間隔に設定されてもよいし、互いに素の関係の複数の間隔に設定されていてもよい。一定間隔の例は、一波長や半波長である。

【0013】

分配器１８ｃは信号生成モジュール３０からのチャープ信号とクロック信号を分配器１８ａと分配器１８ｂに出力する。分配器１８ａは分配器１８ｃからのチャープ信号とクロック信号をＩＣ１２ａとＩＣ１２ｂに出力する。分配器１８ｂは分配器１８ｃからのチャープ信号とクロック信号をＩＣ１２ｃとＩＣ１２ｄに出力する。ＩＣ１２ａ－ＩＣ１２ｄはチャープ信号に応じた電波を送信アレイアンテナから対象物へ送信する。ＩＣ１２ａ－ＩＣ１２ｄはクロック信号に同期して動作する。

【0014】

受信モジュール２０は、Ｌ－ＦＭＣＷ方式レーダ機能を有するＩＣ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、受信アレイアンテナ及び分配器２８ａ、２８ｂ、２８ｃを含む。ＩＣの数は４個に限らず、複数であれば、何個でもよい。受信アレイアンテナは複数の受信アンテナ素子２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ、２６ｆ、２６ｇ、２６ｈ、２６ｉ、２６ｊ、２６ｋ、２６ｌ、２６ｍ、２６ｎ、２６ｏ、２６ｐを含む。受信アンテナ素子２６ａ－２６ｐの各々の例はパッチアンテナである。４個の受信アンテナ素子が４個のＩＣ２２ａ－２２ｄに夫々接続される。例えば、受信アンテナ素子２６ａ－２６ｄがＩＣ２２ａに接続され、受信アンテナ素子２６ｅ－２６ｈがＩＣ２２ｂに接続され、受信アンテナ素子２６ｉ－２６ｌがＩＣ２２ｃに接続され、受信アンテナ素子２６ｍ－２６ｐがＩＣ２２ｄに接続される。

【0015】

各ＩＣＩＣ２２ａ－２２ｄに接続される受信アンテナ素子の数は４個に限らず、２個でもよいし、６個以上でもよいし、奇数でもよい。受信アンテナ素子２６ａ－２６ｐの中の隣接するアンテナ素子（例えば２６ａと２６ｂ）の間隔は一定間隔に設定されてもよいし、互いに素の関係の複数の間隔に設定されていてもよい。一定間隔の例は、一波長や半波長である。さらに、送信アンテナ素子間の一定間隔と受信アンテナ素子間の一定間隔は異なっていてもよい。

【0016】

分配器２８ｃは信号生成モジュール３０からのチャープ信号とクロック信号を分配器２８ａと分配器２８ｂに出力する。分配器２８ａは分配器２８ｃからのチャープ信号とクロック信号をＩＣ２２ａとＩＣ２２ｂに出力する。分配器２８ｂは分配器２８ｃからのチャープ信号とクロック信号をＩＣ２２ｃとＩＣ２２ｄに出力する。ＩＣ２２ａ－ＩＣ２２ｄは対象物から反射された電波を受信アレイアンテナで受信する。ＩＣ２２ａ－ＩＣ２２ｄはクロック信号に同期して動作する。

【0017】

送信モジュール１０と受信モジュール２０はプロセッサ９０に接続される。プロセッサ９０は送信ビームと受信ビームのビームフォーミング処理を行う。プロセッサ９０は送信モジュール１０の初期設定やタイミング制御を行う。プロセッサ９０は受信信号をアレイ信号処理して、対象物の有無、対象物の方向、対象物までの距離、対象物が危険物を所持しているか否か等を検出することができるし、対象物の画像を表示することもできる。

【0018】

アレイアンテナを用いるレーダ装置１１０の方向推定や画像表示に必要な空間分解能はアンテナ素子の数で決まる。レーダ機能を有する１つのＩＣには限られた数のアンテナ素子しか接続できず、空間分解能を高めることができない。実施形態では、複数個、例えば４個のＩＣ１２ａ－１２ｄ、２２ａ－２２ｄを縦続接続し、１６個のアンテナ素子からなるアレイアンテナを実現している。これにより、１個のＩＣを用いる場合に比べてレーダ装置１１０の空間分解能を４倍とすることができる。

【0019】

ＩＣ１２ａ－１２ｄ、ＩＣ２２ａ－２２ｄ及びＩＣ３２はそれぞれ専用のＩＣを用いてもよいが、同一のＩＣを用いることもできる。図２は、ＩＣ１２ａ－１２ｄ、ＩＣ２２ａ－２２ｄ及びＩＣ３２の各々として用いられるＩＣの一例を示す回路図である。ＩＣ１２ａ－１２ｄ、ＩＣ２２ａ－２２ｄ及びＩＣ３２の各々は、送信回路４０、受信回路５０及び信号生成回路６０を含む。

【0020】

信号生成回路６０は発振器６２とクロック発生器６４を含む。発振器６２はチャープ信号を生成する。発振器６２からのチャープ信号とクロック発生器６４からのクロック信号は出力端子６０ａを介してＩＣ外部へ出力される。

【0021】

送信回路４０は、送信アンプ４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ、分配器４４ａ、４４ｂ、４４ｃ及び制御部４６を含む。入力端子４０ａにはＩＣ外部からのチャープ信号とクロック信号が入力される。

【0022】

クロック信号は制御部４６に入力される。制御部４６は、クロック信号に基づいて送信回路４０の送信タイミングを制御する。チャープ信号は分配器４４ｃに入力される。分配器４４ｃはチャープ信号を分配器４４ａと分配器４４ｂに出力する。分配器４４ａは分配器４４ｃからのチャープ信号を送信アンプ４２ａと送信アンプ４２ｂに出力する。分配器４４ｂは分配器４４ｃからのチャープ信号を送信アンプ４２ｃと送信アンプ４２ｄに出力する。

【0023】

送信アンプ４２ａ－４２ｄは４個のアンテナ素子に夫々接続される。これにより、チャープ信号に応じた電波が送信アンテナ素子から放射される。さらに、分配器４４ａ、４４ｂの後段に位相シフタが設けられ、各送信アンテナ素子に供給されるＲＦ信号の位相が調整され、送信ビームのビームフォーミングが行われてもよい。

【0024】

実施形態で用いられる電波としては、波長が１ミリメートルから３０ミリメートルの電波を利用してもよい。波長が１ミリメートルから１０ミリメートルの電波はミリ波、波長が１０ミリメートルから１００ミリメートルの電波はマイクロ波とも称される。さらに、テラヘルツ波と称される波長が１００マイクロメートルから１ミリメートルの電波を用いてもよい。

【0025】

分配器４４ａは送信アンプ４２ａと送信アンプ４２ｂと略等距離な位置に配置される。このため、分配器４４ａと送信アンプ４２ａの間の信号線Ｓ１１の長さを、分配器４４ａと送信アンプ４２ｂの間の信号線Ｓ１２の長さと容易に等しくできる。分配器４４ｂは送信アンプ４２ｃと送信アンプ４２ｄと略等距離な位置に配置される。このため、分配器４４ｂと送信アンプ４２ｃの間の信号線Ｓ１３の長さを、分配器４４ｂと送信アンプ４２ｄの間の信号線Ｓ１４の長さと容易に等しくできる。分配器４４ｃは分配器４４ａと分配器４４ｂと略等距離な位置に配置される。このため、分配器４４ｃと分配器４４ａの間の信号線Ｓ１５の長さを、分配器４４ｃと分配器４４ｂの間の信号線Ｓ１６の長さと容易に等しくできる。

【0026】

このように入力端子４０ａからの信号を分配器４４ｃで２分割し、２つの分割信号をさらに夫々２分割することにより、入力端子４０ａと４個の送信アンプ４２ａ－４２ｄの間の信号線を容易に等長とすることができる。これにより、４個の送信アンプ４２ａ－４２ｄへ夫々入力される４個のチャープ信号の伝送遅延のバラツキを抑えることができ、送信アレイアンテナの指向性を正確に制御することができる。もしも、入力端子４０ａからの信号を１つの分配器で４分割すると、４本の信号線を等長とするためには信号線を迂回配線しなければならず、ＩＣの集積度を上げることができない。

【0027】

受信回路５０は、受信アンプ５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ、ミキサ５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄ、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、５６ｄ、分配器５８ａ、５８ｂ、５８ｃ及び制御部５９を含む。入力端子５０ａには、ＩＣ外部からのチャープ信号とクロック信号が入力される。

【0028】

クロック信号は制御部５９に入力される。制御部５９は、クロック信号に基づいて受信回路５０の受信タイミングを制御する。これにより、送信回路４０と受信回路５０の動作が同期される。

【0029】

チャープ信号は分配器５８ｃに入力される。４個の受信アンテナ素子が受信アンプ５２ａ－５２ｄに夫々接続される。図示は省略するが、受信アンプ５２ａ－５２ｄの出力は位相シフタにより位相が調整され、受信アレイアンテナの指向性が可変されてもよい。受信アンプ５２ａ－５２ｄの出力はミキサ５４ａ－５４ｄを夫々介してＡＤＣ５６ａ－５６ｄに供給される。分配器５８ｃは入力端子５０ａからのチャープ信号とクロック信号を分配器５８ａと分配器５８ｂに出力する。分配器５８ａは分配器５８ｃからのチャープ信号をミキサ５４ａ－５４ｄに出力するともに、分配器５８ｃからのクロック信号をＡＤＣ５６ａ－５６ｄに出力する。ミキサ５４ａ－５４ｄは、チャープ信号を用いて、受信アンプ５２ａ－５２ｄからのＲＦ信号をＩＦ帯域の受信信号に変換する。ＡＤＣ５６ａ－５６ｄはＩＦ帯域の受信信号をクロック信号に同期してデジタル信号に変換する。ＡＤＣ５６ａ－５６ｄからのデジタル信号は図示しない出力端子を介してプロセッサ９０に供給される。

【0030】

分配器５８ａはミキサ５４ａとミキサ５４ｂと略等距離な位置及びＡＤＣ５６ａとＡＤＣ５６ｂと略等距離な位置に配置される。このため、分配器５８ａとミキサ５４ａの間の信号線Ｓ２１の長さを、分配器５８ａとミキサ５４ｂの間の信号線Ｓ２２の長さと容易に等しくでき、分配器５８ａとＡＤＣ５６ａの間の信号線Ｓ２３の長さを、分配器５８ａとＡＤＣ５６ｂの間の信号線Ｓ２４の長さと容易に等しくできる。

【0031】

分配器５８ｂはミキサ５４ｃとミキサ５４ｄと略等距離な位置及びＡＤＣ５６ｃとＡＤＣ５６ｄと略等距離な位置に配置される。このため、分配器５８ｂとミキサ５４ｃの間の信号線Ｓ２５の長さを、分配器５８ｂとミキサ５４ｄの間の信号線Ｓ２６の長さと容易に等しくでき、分配器５８ｂとＡＤＣ５６ｃの間の信号線Ｓ２７の長さを、分配器５８ｂとＡＤＣ５６ｄの間の信号線Ｓ２８の長さと容易に等しくできる。

【0032】

分配器５８ｃは分配器５８ａと分配器５８ｂと略等距離な位置に配置される。このため、分配器５８ｃと分配器５８ａの間の信号線Ｓ２９の長さは、分配器５８ｃと分配器５８ｂの間の信号線Ｓ３０の長さと容易に等しくなる。

【0033】

このように入力端子５０ａからの信号を分配器５８ｃで２分割し、２つの分割信号をさらに夫々２分割することにより、入力端子５０ａと４個のミキサ５４ａ－５４ｄの間の信号線を容易に等長とすることができるとともに入力端子５０ａと４個のＡＤＣ５６ａ－５６ｄの間の信号線を容易に等長とすることができる。これにより、４個のミキサ５４ａ－５４ｄへ夫々入力される４個のチャープ信号の伝送遅延のバラツキを抑えることができ、ＲＦ信号を位相ずれが生じることなくＩＦ信号に変換することができる。さらに、４個のＡＤＣ５６ａ－５６ｄへ夫々入力される４個のクロック信号のタイミングズレのバラツキを抑えることができ、ＩＦ信号を正しいタイミングでデジタル信号に変換することができる。もしも、入力端子５０ａからの信号を４分割すると、４本の信号線を等長とするためには、信号線を迂回配線しなければならず、集積回路の集積度を上げることができない。

【0034】

図３はレーダ装置１１０の具体的を示す回路図である。図２に示すように、ＩＣ１２ａ－１２ｄ、ＩＣ２２ａ－２２ｄ及びＩＣ３２の各々は３つの回路４０、５０、６０を含む同一のＩＣから構成されるが、全てのＩＣ１２ａ－１２ｄ、ＩＣ２２ａ－２２ｄ及びＩＣ３２が３つの回路４０、５０、６０を必要とする訳ではない。送信モジュール１０内のＩＣ１２ａ－１２ｄは送信回路４０を必要とするが、受信回路５０と信号生成回路６０を必要としない。受信モジュール２０内のＩＣ２２ａ－２２ｄは受信回路５０を必要とするが、送信回路４０と信号生成回路６０を必要としない。信号生成モジュール３０内のＩＣ３２は信号生成回路６０を必要とするが、送信回路４０と受信回路５０を必要としない。

【0035】

そのため、信号生成モジュール３０内のＩＣ３２では、送信回路４０の入力端子４０ａと受信回路５０の入力端子５０ａはＩＣ外部に接続されず、信号生成回路６０の出力端子６０ａが分配器３４に接続される。これにより、ＩＣ３２内の発振器６２からのチャープ信号が分配器３４を介して送信モジュール１０と受信モジュール２０に供給され、ＩＣ３２内のクロック発生器６４からのクロック信号が送信モジュール１０と受信モジュール２０に供給される。

【0036】

送信モジュール１０内のＩＣ１２ａ－１２ｄでは、受信回路５０の入力端子５０ａと信号生成回路６０の出力端子６０ａは他のＩＣに接続されず、送信回路４０の入力端子４０ａが分配器１８ａ、１８ｂに接続される。これにより、信号生成モジュール３０から分配器１８ｃ、１８ａ、１８ｂを介してＩＣ１２ａ－１２ｄに入力されたチャープ信号とクロック信号は送信回路４０に入力される。ＩＣ１２ａ－１２ｄは送信回路４０の動作により送信アレイアンテナを介してチャープ信号に応じた電波を対象物へ放射する。対象物で反射された電波は受信アンテナ素子２６ａ－２６ｐからなる受信アレイアンテナで受信される。

【0037】

受信モジュール２０内のＩＣ２２ａ－２２ｄでは、送信回路４０の入力端子４０ａと信号生成回路６０の出力端子６０ａは他のＩＣに接続されず、受信回路５０の入力端子５０ａが分配器２８ａ、２８ｂに接続される。これにより、信号生成モジュール３０から分配器２８ｃ、２８ａ、２８ｂを介してＩＣ２２ａ－２２ｄに入力されたチャープ信号とクロック信号は受信回路５０に入力される。ＩＣ２２ａ－２２ｄは受信回路５０の動作によりアンテナ素子２６ａ－２６ｐで受信した信号をＩＦ信号に変換し、ＩＦ信号をデジタル信号に変換する。ＩＣ２２ａ－２２ｄはデジタル信号をプロセッサ９０に供給する。

【0038】

図４、図５及び図６を用いてレーダ装置１１０の実装例を説明する。図４はレーダ装置１１０内の送信モジュール１０、受信モジュール２０及び信号生成モジュール３０の実装例を示す平面図である。

【0039】

送信モジュール１０の構成要素であるＩＣ１２ａ－１２ｄと分配器１８ａ－１８ｃは基板７２上に形成される。送信アンテナ素子１６ａ－１６ｐが直線状に配置されるように、ＩＣ１２ａ－１２ｄは略直線状に配置される。受信モジュール２０の構成要素であるＩＣ２２ａ－２２ｄと分配器２８ａ－２８ｃは基板７４上に形成される。受信アンテナ素子２６ａ－２６ｐが直線状に配置されるように、ＩＣ２２ａ－２２ｄは略直線状に配置される。信号生成モジュール３０の構成要素であるＩＣ３２は基板７６上に形成される。

【0040】

送信アンテナ素子１６ａ－１６ｐは１本の直線状ではなく、複数本の直線状に配置されてもよい。受信アンテナ素子２６ａ－２６ｐも１本の直線状ではなく、複数本の直線状に配置されてもよい。基板７２、７４、７６の形状は矩形でもよいが、矩形に限定されない。３個のモジュール１０、２０、３０が３枚の基板７２、７４、７６上に夫々形成されるのではなく、３個のモジュール１０、２０、３０が１枚の基板上に形成されてもよい。さらに、各モジュール１０、２０、３０が１枚の基板上に形成されるのではなく、複数枚の基板上に分割して形成されてもよい。

【0041】

信号生成モジュール３０内の分配器３４の２出力端子は同軸ケーブル７８ａ、７８ｂを夫々介して送信モジュール１０内の分配器１８ｃの入力端子と受信モジュール２０内の分配器２８ｃの入力端子に接続される。分配器３４は、同軸ケーブル７８ａを介して分配器１８ｃにチャープ信号を供給し、同軸ケーブル７８ｂを介して分配器１８ｃにチャープ信号とクロック信号を供給する。

【0042】

送信モジュール１０において、分配器１８ｃは信号線Ｌ４を介して分配器１８ａに接続されるとともに、信号線Ｌ５を介して分配器１８ｂに接続される。分配器１８ｃは分配器１８ａと分配器１８ｂと略等距離な位置に配置される。このため、迂回配線することなく、信号線Ｌ４の長さを信号線Ｌ５の長さと容易に等しくできる。

【0043】

分配器１８ａは信号線Ｌ６を介してＩＣ１２ａに接続されるとともに、信号線Ｌ７を介してＩＣ１２ｂに接続される。分配器１８ａはＩＣ１２ａとＩＣ１２ｂと略等距離な位置に配置される。このため、迂回配線することなく、信号線Ｌ６の長さを信号線Ｌ７の長さと容易に等しくできる。

【0044】

分配器１８ｂは信号線Ｌ８を介してＩＣ１２ｃに接続されるとともに、信号線Ｌ９を介してＩＣ１２ｄに接続される。分配器１８ｂはＩＣ１２ｃとＩＣ１２ｄと略等距離な位置に配置される。このため、迂回配線することなく、信号線Ｌ８の長さを信号線Ｌ９の長さと容易に等しくできる。

【0045】

このように信号生成モジュール３０から送信モジュール１０に供給されたチャープ信号を分配器１８ｃで２分割し、２つの分割信号をさらに夫々２分割することにより、信号生成モジュール３０と４個のＩＣ１２ａ－１２ｄ内の送信回路４０の入力端子４０ａの間の信号線を容易に等長とすることができる。そのため、ＩＣ１２ａ－１２ｄ内の送信回路４０に入力されるチャープ信号の伝送遅延のバラツキを抑えることができる。さらに、信号線を迂回配線する必要がないので、送信モジュール１０の設計が容易となり、迂回による信号減衰が生じないので、ダイナミックレンジの低下も防止することができる。

【0046】

受信モジュール２０において、分配器２８ｃは信号線Ｌ１０を介して分配器２８ａに接続されるとともに、信号線Ｌ１１を介して分配器２８ｂに接続される。分配器２８ｃは分配器２８ａと分配器２８ｂと略等距離な位置に配置される。このため、迂回配線することなく、信号線Ｌ１０の長さを信号線Ｌ１１の長さと容易に等しくできる。

【0047】

分配器２８ａは信号線Ｌ１２を介してＩＣ２２ａに接続されるとともに、信号線Ｌ１３を介してＩＣ２２ｂに接続される。分配器２８ａはＩＣ２２ａとＩＣ２２ｂと略等距離な位置に配置される。このため、迂回配線することなく、信号線Ｌ１２の長さを信号線Ｌ１３と容易に等しくできる。

【0048】

分配器２８ｂは信号線Ｌ１４を介してＩＣ２２ｃに接続されるとともに、信号線Ｌ１５を介してＩＣ２２ｄに接続される。分配器２８ｂはＩＣ２２ｃとＩＣ２２ｄと略等距離な位置に配置される。このため、迂回配線することなく、信号線Ｌ１４の長さを信号線Ｌ１５の長さと容易に等しくできる。

【0049】

このように信号生成モジュール３０から受信モジュール２０に供給されたチャープ信号とクロック信号を分配器２８ｃで２分割し、２つの分割信号をさらに夫々２分割することにより、信号生成モジュール３０と４個のＩＣ２２ａ－２２ｄ内の受信回路５０の入力端子５０ａの間の信号線を容易に等長とすることができる。そのため、ＩＣ１２ａ－１２ｄ内の受信回路５０に供給されるチャープ信号の伝送遅延のバラツキとクロック信号のタイミングズレのバラツキを抑えることができる。さらに、信号線を迂回配線する必要がないので、受信モジュール２０の設計が容易となり、迂回による信号減衰が生じないので、ダイナミックレンジの低下も防止することができる。

【0050】

送信モジュール１０と受信モジュール２０の配置は図４の配置に限定されない。図４に示すように信号生成モジュール３０の左右に送信モジュール１０と受信モジュール２０を配置すると、送信アンテナ素子１６ａ－１６ｐはＸ方向のプラスからマイナスの向きに給電され、受信アンテナ素子２６ａ－２６ｐはＸ方向のマイナスからプラスの向きに給電される。送信アンテナ素子１６ａ－１６ｐと受信アンテナ素子２６ａ－２６ｐの給電方向は同じＸ方向であるが、給電の向きが反転しているので、送信アンテナ素子１６ａ－１６ｐから放射される水平偏波と受信アンテナ素子２６ａ－２６ｐで受信される水平偏波は位相が反転する。水平偏波の送受信間の位相の反転は、送信回路４０内の位相シフタ又は受信回路５０内の位相シフタにより受信信号の位相を電気的に調整することにより、無くすことができる。水平偏波の送受信間の位相の反転は、プロセッサ９０により受信信号の位相を反転することによっても補償できる。

【0051】

あるいは、送信モジュール１０と受信モジュール２０が同じ方向で同じ向きに給電されるように、送信モジュール１０と受信モジュール２０の配置を調整してもよい。例えば、送信モジュール１０の基板７２又は受信モジュール２０の基板７４を表裏反転すれば、送信アンテナ素子１６ａ－１６ｐと受信アンテナ素子２６ａ－２６ｐの給電方向を同じ方向とし、向きも同じ向きとすることができる。

【0052】

図５は送信モジュール１０内のＩＣ（一例として１２ａ）と送信アンテナ素子（一例として１６ａ－１６ｄ）の接続例を示すものであり、図４の左上の部分の拡大図である。

【0053】

送信アンテナ素子１６ａは、信号線Ｓ１を介して、ＩＣ１２ａ内の送信回路４０内の送信アンプ４２ａに接続される。送信アンテナ素子１６ｂは、信号線Ｓ２を介して、送信回路４０内の送信アンプ４２ｂに接続される。送信アンテナ素子１６ｃは、信号線Ｓ３を介して、送信回路４０内の送信アンプ４２ｃに接続される。送信アンテナ素子１６ｄは、信号線Ｓ４を介して、送信回路４０内の送信アンプ４２ｄに接続される。送信アンテナ素子１６ａ－１６ｄどうしの間隔ｄは一波長でもよいし、半波長でもよいし、他の波長でもよい。

【0054】

信号線Ｓ１の長さ、信号線Ｓ２の長さ、信号線Ｓ３の長さ及び信号線Ｓ４の長さは略等しい。従って、信号生成モジュール３０内のＩＣ３２内の信号生成回路６０から送信アンテナ素子１６ａ－１６ｄまでの４本の信号線の長さは互いに等しい。

【0055】

送信モジュール１０内の他のＩＣ１２ｂ－１２ｄと送信アンテナ素子の接続も同様である。

【0056】

図６は受信モジュール２０内のＩＣ（一例として２２ａ）と受信アンテナ素子（一例として２６ａ－２６ｄ）の接続例を示すものであり、図４の右上の部分の拡大図である。

【0057】

受信アンテナ素子２６ａは、信号線Ｓ５を介して、ＩＣ２２ａ内の受信回路５０内の受信アンプ５２ａに接続される。受信アンテナ素子２６ｂは、信号線Ｓ６を介して、受信回路５０内の受信アンプ５２ｂに接続される。受信アンテナ素子２６ｃは、信号線Ｓ７を介して、受信回路５０内の受信アンプ５２ｃに接続される。受信アンテナ素子２６ｄは、信号線Ｓ８を介して、受信回路５０の受信アンプ５２ｄに接続される。受信アンテナ素子２６ａ－２６ｄどうしの間隔ｄは一波長でもよいし、半波長でもよいし、他の波長でもよい。

【0058】

信号線Ｓ５の長さ、信号線Ｓ６の長さ、信号線Ｓ７の長さ及び信号線Ｓ８の長さは略等しい。従って、信号生成モジュール３０内のＩＣ３２内の信号生成回路６０から受信アンテナ素子２６ａ－２６ｄまでの４本の信号線の長さは互いに等しい。

【0059】

受信モジュール２０内の他のＩＣ２２ｂ－２２ｄと受信アンテナ素子の接続も同様である。

【0060】

第１実施形態に係るレーダ装置１１０によれば、レーダ機能を備えるＩＣを縦続接続することにより、開口長の大きい送信アレイアンテナと受信アレイアンテナが構成される。このため、空間分解の高いレーダ装置１１０が実現される。レーダ装置１１０は、高分解能の方向推定や高精細イメージングを必要とするアプリケーションへ適用可能である。送信アレイアンテナと受信アレイアンテナの開口長は、縦続接続するＩＣの増やすことにより、容易に大きくすることができる。

【0061】

各ＩＣは信号生成回路６０を含むが、送信アレイアンテナから電波を放射させる複数の送信用ＩＣと受信アレイアンテナから電波を放射させる複数の受信用ＩＣは、内蔵する信号生成回路６０の機能を使用しない。信号生成回路６０の機能のみを使用する信号生成専用の１個のＩＣが設けられ、このＩＣからの信号が複数の送信用ＩＣと複数の受信用ＩＣに供給される。このため、複数の送信用ＩＣと複数の受信用ＩＣの同期が担保される。

【0062】

さらに、信号生成専用ＩＣからの信号が等長信号線を介して複数の送信用ＩＣと複数の受信用ＩＣ分配されている。各送信用ＩＣでは入力信号が等長信号線を介して複数の送信アンテナ素子に分配されている。各受信用ＩＣ内では入力信号が等長信号線を介して複数の受信アンテナ素子からの受信信号の信号処理部に分配されている。このため、同期制御が高精度に行われ、送信波どうしの干渉を防止し、送信処理タイミングに同期して受信波の信号とチャープ信号のミキシング等の受信処理を行うことができる。また、複数のアンテナ素子の複数の送信回路と受信回路が等長信号線を介して信号生成専用ＩＣに接続されているので、アレイ処理の際の位相制御を正確に行うことができ、アレイアンテナの指向性を正確に制御することができる。

【0063】

（第２実施形態）
図７乃至図１３を参照して第２実施形態に係るレーダ装置１１２について説明する。図７はレーダ装置１１２の一例を示す回路図である。レーダ装置１１２は、送信ユニット８２、受信ユニット８４及び信号生成モジュール３０を含む。レーダ装置１１２はプロセッサ９０に接続される。

【0064】

送信ユニット８２は、送信モジュール１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ及び分配器８６ａ、８６ｂ、８６ｃを含む。送信モジュール１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの各々は第１実施形態の送信モジュール１０と等価である。送信ユニット８２に含まれる送信モジュールの数は４個に限らず、複数であれば、何個でもよい。分配器８６ｃは信号生成モジュール３０からのチャープ信号を分配器８６ａと分配器８６ｂに出力する。分配器８６ａは分配器８６ｃからの信号を送信モジュール１０ａと送信モジュール１０ｂに出力する。分配器８６ｂは分配器８６ｃからの信号を送信モジュール１０ｃと送信モジュール１０ｄに出力する。

【0065】

分配器８６ｃは分配器８６ａと分配器８６ｂと略等距離な位置に配置される。分配器８６ａは送信モジュール１０ａと送信モジュール１０ｂと略等距離な位置に配置される。分配器８６ｂは送信モジュール１０ｃと送信モジュール１０ｄと略等距離な位置に配置される。このため、信号生成モジュール３０からのチャープ信号は略等長の信号線を介して送信モジュール１０ａ－１０ｄの各々に供給される。

【0066】

受信ユニット８４は、受信モジュール２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ及び分配器８８ａ、８８ｂ、８８ｃを含む。受信モジュール２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄの各々は第１実施形態の受信モジュール２０と等価である。受信ユニット８４に含まれる受信モジュールの数は４個に限らず、複数であれば、何個でもよい。分配器８８６ｃは信号生成モジュール３０からのチャープ信号とクロック信号を分配器８８ａと分配器８８ｂに出力する。分配器８８ａは分配器８８ｃからの信号を受信モジュール２０ａと受信モジュール２０ｂに出力する。分配器８８ｂは分配器８８ｃからの信号を受信モジュール２０ｃと受信モジュール２０ｄに出力する。

【0067】

分配器８８ｃは分配器８８ａと分配器８８ｂと略等距離な位置に配置される。分配器８８ａは受信モジュール２０ａと受信モジュール２０ｂと略等距離な位置に配置される。分配器８８ｂは受信モジュール２０ｃと受信モジュール２０ｄと略等距離な位置に配置される。このため、信号生成モジュール３０からのチャープ信号とクロック信号は略等長の信号線を介して受信モジュール２０ａ－２０ｄの夫々に供給される。

【0068】

送信モジュール１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄと受信モジュール２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄがプロセッサ９０に接続される。

【0069】

図８はレーダ装置１１２の実装例を示す平面図である。送信モジュール１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄはそれぞれ矩形の基板９２ａ、９２ｂ、９２ｃ、９２ｄ上に形成される。受信モジュール２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄはそれぞれ矩形の基板９４ａ、９４ｂ、９４ｃ、９４ｄ上に形成される。基板９２ａ－９２ｄ、９４ａ－９４ｄは正方形領域の４辺に沿って２枚ずつ配置される。

【0070】

送信アンテナ素子が正方形領域の外周でＸ方向に沿って配置されるように、一対の基板９２ａ、９２ｂが正方形領域の上辺に沿って隣接して配置され、一対の基板９２ｃ、９２ｄが正方形領域の下辺に沿って隣接して配置される。受信アンテナ素子が正方形領域の外周でＹ方向に沿って配置されるように、一対の基板９４ａ、９２ｂが正方形領域の右辺に沿って隣接して配置され、一対の基板９４ｃ、９４ｄが正方形領域の左辺に沿って隣接して配置される。

【0071】

４枚の基板９２ａ、９２ｂ、９２ｃ、９２ｄ上の６４個の送信アンテナ素子が１個の送信アレイアンテナを構成し、４枚の基板９４ａ、９４ｂ、９４ｃ、９４ｄ上の６４個の受信アンテナ素子が１個の受信アレイアンテナを構成する。

【0072】

送信と受信は互換性があるので、図８の例とは異なり、受信アレイアンテナがＸ方向に沿って配置されるように、受信モジュール２０ａ－２０ｄの基板９４ａ－９４ｄをＸ方向に隣接するように配置し、送信アレイアンテナがＹ方向に沿って配置されるように、送信モジュール１０ａ－１０ｄの基板９２ａ－９２ｄをＹ方向に隣接するように配置してもよい。

【0073】

信号生成モジュール３０は図示しないが、任意の場所に配置可能である。例えば、信号生成モジュール３０を正方形領域の内側に配置し、略等長の複数の同軸ケーブルを介して送信モジュール１０ａ－１０ｄ、受信モジュール２０ａ－２０ｄと接続してもよい。あるいは、信号生成モジュール３０を送信モジュール１０ａ－１０ｄ、受信モジュール２０ａ－２０ｄの外側に配置してもよい。

【0074】

図９はレーダ装置１１２の隣接する一対の送信モジュールにおける送信アンテナ素子の配置例を示す図である。図９は一例として送信モジュール１０ａ、１０ｂの基板９２ａ、９２ｂ上の送信アンテナ素子を示す。基板９２ａ上の送信アンテナ素子１６ａ－１６ｐはＸ方向に沿って間隔ｄで配置される。間隔ｄは一波長でもよいし、半波長でもよいし、他の波長でもよい。基板９２ｂ上の送信アンテナ素子１６ａ－１６ｐもＸ方向に沿って間隔ｄで配置される。

【0075】

送信アレイアンテナを構成するために、アンテナ素子１６ａ－１６ｐがＸ方向に沿って配置されるように基板９２ａ、９２ｂがＸ方向に沿って隣接して配置された場合、基板９２ａ上の右端の送信アンテナ素子１６ｐと基板９２ｂ上の左端の送信アンテナ素子１６ａの間隔も間隔ｄであることが必要である。このため、各基板において隣接する基板に最も近いアンテナ素子は当該基板の端部の間隔ができるだけ短くなるように配置される。

【0076】

基板９２ａ上の送信アンテナ素子１６ａ－１６ｐの中の基板９２ｂに最も近い右端の送信アンテナ素子１６ｐは、基板９２ａのＹ方向の２辺のうち基板９２ｂに最も近い辺ｅ１から第２間隔ｄ２で配置される。基板９２ｂ上の送信アンテナ素子１６ａ－１６ｐの中の基板９２ａに最も近い左端の送信アンテナ素子１６ａは、基板９２ｂのＹ方向の２辺のうち基板９２ａに最も近い辺ｅ２から第３間隔ｄ３で配置される。第２間隔ｄ２と第３間隔ｄ３は、第２間隔ｄ２と第３間隔ｄ３の和が間隔ｄ以下となるように設計されている。

【0077】

こうすると、基板９２ａ上の右端の送信アンテナ素子１６ｐと基板９２ｂ上の左端の送信アンテナ素子１６ａの間隔を他のアンテナ素子の間隔ｄと等しくすることができる。これにより、２つの送信モジュール１０ａ、１０ｂを縦続接続して、３２個の送信アンテナ素子からなる送信アレイアンテナを実現することができる。もし、第２間隔ｄ２と第３間隔ｄ３をともにｄ／２と設計しておくと、製造誤差が無ければ、基板９２ａ、９２ｂを隙間なく隣接することにより間隔ｄを実現できる。第２間隔ｄ２と第３間隔ｄ３をともにｄ／２より多少小さくしておくと、製造誤差があっても間隔ｄを実現することができる。

【0078】

他の一対の送信モジュール１０ｃ、１０ｄの基板９２ｃ、９２ｄについても同様である。

【0079】

送信と受信は互換性があるので、図９の例とは異なり、受信アレイアンテナがＸ方向に沿って配置されるように受信モジュール２０ａ、２０ｂの基板９４ａ、９４ｂをＸ方向に沿って隣接して配置してもよい。

【0080】

図１０はレーダ装置１１２の隣接する一対の受信モジュールにおける受信アンテナ素子の配置例を示す図である。図１０は一例として受信モジュール２０ａ、２０ｂの基板９４ａ、９４ｂ上の受信アンテナ素子を示す。基板９４ａ上の受信アンテナ素子２６ａ－２６ｐはＹ方向に沿って間隔ｄで配置される。基板９４ｂ上の受信アンテナ素子２６ａ－２６ｐもＹ方向に沿って間隔ｄで配置される。

【0081】

受信アレイアンテナを構成するために、アンテナ素子２６ａ－２６ｐがＹ方向に沿って配置されるように基板９４ａ、９４ｂがＹ方向に隣接して配置された場合、基板９４ａ上の下端の受信アンテナ素子２６ｐと基板９４ｂ上の上端の受信アンテナ素子２６ａの間隔も間隔ｄであることが必要である。このため、各基板において隣接する基板に最も近いアンテナ素子は当該基板の端部の間隔ができるだけ短くなるように配置される。

【0082】

基板９４ａ上の受信アンテナ素子２６ａ－２６ｐの中の基板９４ｂに最も近い下端の受信アンテナ素子２６ｐは、基板９４ａのＸ方向の２辺のうち基板９４ｂに最も近い辺ｅ３から第４間隔ｄ４で配置される。基板９４ｂ上の受信アンテナ素子２６ａ－２６ｐの中の基板９４ａに最も近い上端の受信アンテナ素子２６ａは、基板９４ｂのＸ方向の２辺のうち基板９４ａに最も近い辺ｅ４から第５間隔ｄ５で配置される。第４間隔ｄ４と第５間隔ｄ５は、第４間隔ｄ４と第５間隔ｄ５の和が間隔ｄ以下となるように設計されている。

【0083】

こうすると、基板９４ａ上の下端の受信アンテナ素子２６ｐと基板９４ｂ上の上端の受信アンテナ素子２６ａの間隔を間隔ｄとすることができる。これにより、２つの受信モジュール２０ａ、２０ｂを縦続接続して、３２個の受信アンテナ素子からなる受信アレイアンテナを実現することができる。もし、第４間隔ｄ４と第５間隔ｄ５をともにｄ／２と設計しておくと、製造誤差が無ければ、基板９４ａ、９４ｂを隙間なく隣接することにより間隔ｄを実現できる。第４間隔ｄ４と第５間隔ｄ５をともにｄ／２より多少小さくしておくと、製造誤差があっても間隔ｄを実現できる。

【0084】

他の一対の受信モジュール２０ｃ、２０ｄの基板９４ｃ、９４ｄについても同様である。

【0085】

送信と受信は互換性があるので、図１０の例とは異なり、送信アレイアンテナがＹ方向に沿って配置されるように送信モジュール１０ａ、１０ｂの基板９２ａ、９２ｂをＹ方向に沿って隣接して配置してもよい。

【0086】

図１１はレーダ装置１１２の正方形領域の角部に配置される送信モジュールおける送信アンテナ素子と受信モジュールにおける受信アンテナ素子の配置例を示す図である。図１１は一例として正方形領域の右上の角部に配置される送信モジュール１０ｂの基板９２ｂと受信モジュール２０ａの基板９４ａを示す。

【0087】

基板９２ｂ上のＸ方向に沿って間隔ｄで配置される送信アンテナ素子１６ａ－１６ｐの中の基板９４ａに最も近い右端の送信アンテナ素子１６ｐは、基板９２ｂのＹ方向の２辺のうち基板９４ａに最も近い辺ｅ５から第６間隔ｄ６で配置され、基板９２ｂのＸ方向の２辺のうち基板９４ａに最も近い辺ｅ６から第７間隔ｄ７で配置される。

【0088】

基板９４ａ上のＹ方向に沿って間隔ｄで配置される受信アンテナ素子２６ａ－２６ｐの中の基板９２ｂに最も近い上端の受信アンテナ素子２６ａは、基板９４ａのＸ方向の２辺のうち基板９２ｂに最も近い辺ｅ７から第８間隔ｄ８で配置され、基板９４ａのＹ方向の２辺のうち基板９２ｂに最も近い辺ｅ８から第９間隔ｄ９で配置される。

【0089】

第６間隔ｄ６と第９間隔ｄ９は、第６間隔ｄ６と第９間隔ｄ９の和が間隔ｄ以下となるように設計されている。第７間隔ｄ７と第８間隔ｄ８は、第７間隔ｄ７と第８間隔ｄ８の和が間隔ｄ以下となるように設計されている。

【0090】

こうすると、基板９２ｂ上の右端の送信アンテナ素子１６ｐと基板９４ａ上の上端の受信アンテナ素子２６ａのＸ方向に沿った間隔を間隔ｄとすることができる。また、基板９２ｂ上の右端の送信アンテナ素子１６ｐと基板９４ａ上の上端の受信アンテナ素子２６ａのＹ方向に沿った間隔も間隔ｄとすることができる。この位置関係が成立することにより、プロセッサ９０の受信信号処理により、送信アンテナ素子の位置と受信アンテナ素子の位置の中間点に仮想的な信号点を作ることができ、仮想アレーアンテナを実現することができる。

【0091】

正方形領域の他の角部に配置される送信モジュールの基板と受信モジュールの基板についても同様である。

【0092】

送信と受信は互換性があるので、図１１の例とは異なり、受信アレイアンテナがＸ方向に沿って配置されるように受信モジュール２０ａ、２０ｂの基板９４ａ、９４ｂをＸ方向に沿って隣接して配置してもよいし、送信アレイアンテナがＹ方向に沿って配置されるように送信モジュール１０ａ、１０ｂの基板９２ａ、９２ｂをＹ方向に沿って隣接して配置してもよい。

【0093】

図１１の配置関係は、第１実施形態にも適用できる。すなわち、第１実施形態の送信モジュール１０を第２実施形態の送信モジュール１０ｂの位置に配置し、基板と送信アンテナ素子の位置関係を図１１のように設定し、第１実施形態の受信モジュール２０を第２実施形態の受信モジュール２０ａの位置に配置し、基板と受信アンテナ素子の位置関係を図１１のように設定してもよい。

【0094】

図１２はレーダ装置１１２における給電方法の一例を示す図である。

【0095】

正方形領域の上辺に配置される送信モジュール１０ｂの基板９２ｂ上では、ＩＣ１２ａと送信アンテナ素子１６ａ－１６ｄがＹ方向に沿って配置され、ＩＣ１２ｂと送信アンテナ素子１６ｅ－１６ｈがＹ方向に沿って配置され、ＩＣ１２ｃと送信アンテナ素子１６ｉ－１６ｌがＹ方向に沿って配置され、ＩＣ１２ｄと送信アンテナ素子１６ｍ－１６ｐがＹ方向に沿って配置される。ＩＣ１２ａ－１２ｄと送信アンテナ素子１６ｍ－１６ｐを接続する信号線は、ＩＣ１２ａ－１２ｄから引き出される際は、一部はＹ方向に対して傾いているが、送信アンテナ素子１６ａ－１６ｐへ接続される際は、全てＹ方向に沿った状態となり、送信アンテナ素子１６ａ－１６ｐの給電方向はＹ方向である。このため、送信アンテナ素子１６ａ－１６ｐは垂直偏波を放射する。

【0096】

図示していないが、送信モジュール１０ａは送信モジュール１０ｂと全く同様であり、垂直偏波を放射する。
送信モジュール１０ｃ、１０ｄも送信モジュール１０ａ、１０ｂと同様に垂直偏波を放射する。しかし、給電方向が同じＹ方向でも、給電の向きにより垂直偏波は位相が異なる。送信モジュール１０ａ、１０ｂと送信モジュール１０ｃ、１０ｄとでは、ＩＣ１２ａ－１２ｄと送信アンテナ素子１６ａ－１６ｐのＹ方向における位置関係が異なるので、給電の向きが異なる。

【0097】

送信モジュール１０ａ、１０ｂでは、ＩＣ１２ａ－１２ｄは送信アンテナ素子１６ａ－１６ｐよりＹ方向においてプラス側に配置されているので、信号線と送信アンテナ素子１６ａ－１６ｐとの接続点、すなわち送信アンテナ素子１６ａ－１６ｐの給電点は、Ｘ軸を０度とした場合、９０度の位置になる。すなわち、送信アンテナ素子１６ａ－１６ｐの給電方向はＹ方向であり、Ｙ方向においてプラスからマイナスの向きに給電される。これに対して、送信モジュール１０ｃ、１０ｄでは、ＩＣ１２ａ－１２ｄは送信アンテナ素子１６ａ－１６ｐよりＹ方向においてマイナス側に配置されているので、信号線と送信アンテナ素子１６ａ－１６ｐとの接続点、すなわち送信アンテナ素子１６ａ－１６ｐの給電点は、－９０度の位置になる。すなわち、送信アンテナ素子１６ａ－１６ｐの給電方向はＹ方向であり、Ｙ方向においてマイナスからプラスの向きに給電される。

【0098】

このため、送信モジュール１０ｃ、１０ｄから放射される垂直偏波は、送信モジュール１０ａ、１０ｂから放射される垂直偏波と位相が反転している。この放射電波の位相の反転は、プロセッサ９０が受信信号を処理する際、受信信号の位相を反転させることにより電気的に無くすことができる。

【0099】

正方形領域の右辺に配置される受信モジュール２０ａの基板９４ａ上では、ＩＣ２２ａと受信アンテナ素子２６ａ－２６ｄがＹ方向に沿って配置され、ＩＣ２２ｂと受信アンテナ素子２６ｅ－２６ｈがＹ方向に沿って配置され、ＩＣ２２ｃと受信アンテナ素子２６ｉ－２６ｌがＹ方向に沿って配置され、ＩＣ２２ｄと受信アンテナ素子２６ｍ－２６ｐがＹ方向に沿って配置される。ＩＣ２２ａ－２２ｄと受信アンテナ素子２６ｍ－２６ｐを接続する信号線は、ＩＣ２２ａ－２２ｄから引き出される際は、一部はＸ方向に対して傾いているが、受信アンテナ素子２６ａ－２６ｐに近づく際は、全てＸ方向に沿った状態となる。しかし、このまま信号線を受信アンテナ素子２６ａ－２６ｐに接続すると、受信アンテナ素子２６ａ－２６ｐの給電点は、０度の位置になる。受信アンテナ素子２６ａ－２６ｐの偏波方向は水平となり、送信アンテナ素子１６ａ－１６ｐから放射された垂直偏波を受信できない。

【0100】

そのため、Ｘ方向に沿った信号線は先端部が－９０度の向きに曲げられてＹ方向に沿った状態にされてから、受信アンテナ素子２６ａ－２６ｐに接続される。信号線と受信アンテナ素子２６ａ－２６ｐとの接続点、すなわち受信アンテナ素子２６ａ－２６ｐの給電点は、９０度の位置になる。受信アンテナ素子２６ａ－２６ｐの偏波方向は垂直方向となり、送信アンテナ素子１６ａ－１６ｐの偏波方向と揃えられる。しかも、送信モジュール１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの給電点の角度と、受信モジュール２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄの給電点の角度が一致するので、垂直偏波の位相も揃えられる。

【0101】

送信と受信は互換性があるので、図１２の例とは異なり、受信アレイアンテナが正方形領域の上辺に沿って配置されるように受信モジュール２０ａ、２０ｂの基板９４ａ、９４ｂをＸ方向に沿って隣接して配置してもよいし、送信アレイアンテナが正方形領域の右辺に沿って配置されるように送信モジュール１０ａ、１０ｂの基板９２ａ、９２ｂをＹ方向に沿って隣接して配置してもよい。

【0102】

図１３はレーダ装置１１２における給電方法の他の例を示す図である。図１２の例では、全ての受信アンテナ素子２６ａ－２６ｐの給電点の角度が９０度であるので、受信アンテナ素子２６ａ－２６ｐから信号線はＹ方向のマイナスからプラスの向きに引き出される。基板９４ａの上側の端辺に最も近い受信アンテナ素子２６ａと端辺との間隔は、図１１に示すように狭く、信号線をアンテナ素子２６ａから９０度の向きに引き出すことが困難である場合がある。図１３の例では、ＩＣ２２ａ、２２ｂから引き出されＸ方向に沿った信号線は、図１２に示すように、先端部が－９０度の向きに曲げられてＹ方向に沿った状態にされてから、受信アンテナ素子２６ａ－２６ｈに接続され、ＩＣ２２ａ、２２ｂから引き出されＸ方向に沿った信号線は、図１２とは逆に、先端部が９０度の向きに曲げられてＹ方向に沿った状態にされてから、受信アンテナ素子２６ｉ－２６ｐに接続される。このため、基板９４ａの端部の受信アンテナ素子２６ａ、２６ｐとも端辺までに信号線を引き出すスペースを確保できる。

【0103】

受信アンテナ素子２６ａ－２６ｈの給電点は－９０度の位置であり、受信アンテナ素子２６ｉ－２６ｐの給電点は９０度の位置である。受信アンテナ素子２６ａ－２６ｈと受信アンテナ素子２６ｉ－２６ｐの給電方向はＹ方向で同じであるが、向きは異なる。そのため、受信アンテナ素子２６ａ－２６ｈが受信する垂直偏波と受信アンテナ素子２６ｉ－２６ｐが受信する垂直偏波は位相が反転している。受信アンテナ素子２６ａ－２６ｈが受信する垂直偏波と送信アンテナ素子１６ａ－１６ｐが放射する垂直偏波も位相が反転している。

【0104】

受信モジュール２０ａ－２０ｄの出力はプロセッサ９０に供給される。プロセッサ９０は受信モジュール２０ａ－２０ｄ内のＡＤＣ５６ａ－５６ｄの出力を処理する。さらに、プロセッサ９０は受信モジュール２０ａ－２０ｄの出力信号の中の受信アンテナ素子２６ａ－２６ｈの受信信号の位相を反転させる。これにより、受信アンテナ素子２６ａ－２６ｈが受信する垂直偏波と送信アンテナ素子１６ａ－１６ｐが放射する垂直偏波の位相を揃えることができる。プロセッサ９０により位相を反転する代わりに、受信モジュール２０ａ－２０ｄ内の受信回路５０の位相シフタによって受信アンテナ素子２６ａ－２６ｈの受信信号の位相を反転させてもよい。

【0105】

送信と受信は互換性があるので、図１３の例とは異なり、受信アレイアンテナがＸ方向に沿って配置されるように受信モジュール２０ａ、２０ｂの基板９４ａ、９４ｂをＸ方向に沿って隣接して配置してもよいし、送信アレイアンテナがＹ方向に沿って配置されるように送信モジュール１０ａ、１０ｂの基板９２ａ、９２ｂをＹ方向に沿って隣接して配置してもよい。

【0106】

第２実施形態のレーダ装置１１２によれば、第１実施形態の送信モジュール１０と受信モジュール２０を夫々従属接続することにより、空間分解能をさらに向上することができる。また、隣接するモジュールの基板の辺とアンテナ素子との間隔を狭くすることにより、隣接する基板間のアンテナ素子の間隔も他の間隔と等しく一定間隔とすることができる。さらに、アンテナ素子の給電方向と向きが揃うようにＩＣからの信号線をアンテナ素子に配線して接続しているので、送信モジュール１０と受信モジュール２０の偏波方向と位相を揃えることができる。

【0107】

図１４は、上述した実施形態によるレーダ装置１１０、１１２の応用例であるレーダシステムを示す。レーダシステムは、レーダ装置１１０又は１１２と、プロセッサ９０と、表示装置１１８からなる。レーダ装置１１０又は１１２はターゲット（例えば、人物）１２６の検査面（Ｘ－Ｙ平面）１２４に対向してＸ－Ｙ平面に配置される。レーダ装置１１０又は１１２のサイズはターゲット１２６のサイズに応じている。そのため、ターゲット１２６のサイズが大きい場合は、例えば図８に示した１つのレーダ装置１１２がターゲット１２６全体を検査できない場合がある。その場合は、例えば図８に示したレーダ装置１１２と対応する複数（ここでは、６個）のレーダ装置１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄ、１１２ｅ、１１２ｆを平面上に配列して、全体として大きなサイズのレーダ装置を構成してもよい。あるいは、図８に示したレーダ装置１１２の正方形領域の外周に配置される基板の枚数を増やして１つの大きなレーダ装置を構成してもよい。

【0108】

プロセッサ９０は、レーダ装置１１２ａ－１１２ｆから送信される電波の送信方向に位置する３次元空間１２２内の平面であってレーダ装置１１２ａ－１１２ｆと平行な検査面１２４内のターゲット１２６の画像を得ることができる。画像が得られる検査面１２４の位置は電波の送信から受信までの時間に応じている。電波の送信から受信までの時間を３次元空間１２２内の多数の検査面１２４の位置に応じて設定し、多数の異なる位置の検査面１２４の画像を得ることにより、ターゲット１２６の３次元画像を得ることができる。このレーダシステムの利用の一例としては、空港や駅等の利用者のボディチェックがある。

【0109】

プロセッサ９０はレーダ装置１１２に含まれる各アンテナに接続される送信処理部１３２と受信処理部１３４を含む。送信処理部１３２は送信モジュール１０ａ－１０ｄを制御し、受信処理部１３４は受信モジュール２０ａ－２０ｄを制御する。

【0110】

送信処理部１３２と受信処理部１３４はタイミング処理部１４０により制御される。送信処理部１３２と受信処理部１３４は有線又は無線によりタイミング処理部１４０に接続される。タイミング処理部１４０は、送信処理部１３２の送信周波数、帯域、アンテナ毎の送信タイミング等を制御し、アンテナ毎の受信処理部１３４の受信タイミング（送信から受信までの時間）等を制御する。１つのアンテナの受信信号はターゲット１２６の１つの画素の画像信号に対応する。タイミング処理部１４０は、アンテナを順次変更（スキャンとも称する）するとともに、受信タイミングを変更する。各送信アンテナから送信された電波のターゲット１２６による反射波が受信アンテナで受信される。

【0111】

受信処理部１３４で受信した受信信号は信号処理部１３６に供給され、ターゲット１２６の３次元画像を示す画像信号が生成される。あるいは、信号処理部１３６は、受信処理部１３４で受信した受信信号から、ターゲット１２６やターゲット１２６の所持物の危険の有無や危険度に関する表示信号を生成してもよい。受信処理部１３４と信号処理部１３６は有線又は無線により接続される。信号処理部１３６もタイミング処理部１４０により制御される。信号処理部１３６の画像再構成アルゴリズムは時間領域法や周波数領域法やその他の任意のアルゴリズムを用いることができる。

【0112】

信号処理部１３６により生成された画像信号は表示装置１１８に供給され、表示される。この画像を観察することにより、ターゲット１２６が危険物（例えば、銃）１２８を所持していることを検知することができる。信号処理部１３６と表示装置１１８も有線又は無線により接続される。

【0113】

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を生成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。本明細書に記載した長さ及び距離は、製造誤差等が生じる可能性があることから、最大で２５パーセントのずれを許容する。長さと距離のずれは、１０パーセント以下であることが好ましい。

【符号の説明】

【0114】

１０…送信モジュール、１１…信号生成回路、２０…受信モジュール、２１、２２、２３、２４…送信回路、３０…信号生成モジュール、３１、３２、３３、３４…受信回路、１００…分配器、２００、２０１、２０２…分配器、３００、３０１、３０２…分配器。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】