本公開涉及一種導(dǎo)波路裝置以及具有該導(dǎo)波路裝置的天線裝置。

背景技術(shù)：

在專利文獻1至3以及非專利文獻1以及2中公開了具有人工磁導(dǎo)體的導(dǎo)波結(jié)構(gòu)的例子。人工磁導(dǎo)體為通過人工方式實現(xiàn)自然界中不存在的理想磁導(dǎo)體(pmc：perfectmagneticconductor)的性質(zhì)的結(jié)構(gòu)體。理想磁導(dǎo)體具有“表面的磁場的切線分量為零”的性質(zhì)。這是與理想電導(dǎo)體(pec：perfectelectricconductor)的性質(zhì)、即“表面的電場的切線分量為零”的性質(zhì)相反的性質(zhì)。理想磁導(dǎo)體雖不存在于自然界中，但能通過人工的周期結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。人工磁導(dǎo)體在通過其周期結(jié)構(gòu)規(guī)定的特定的頻帶中作為理想磁導(dǎo)體發(fā)揮功能。人工磁導(dǎo)體抑制或阻止具有特定的頻帶(傳播截止頻帶)所含的頻率的電磁波沿著人工磁導(dǎo)體的表面?zhèn)鞑?。因此，人工磁?dǎo)體的表面有時稱作高阻抗面。

在專利文獻1至3以及非專利文獻1以及2所公開的導(dǎo)波路裝置中，通過在行以及列方向上排列的多個導(dǎo)電性桿實現(xiàn)了人工磁導(dǎo)體。這種桿為有時還被稱作柱或銷的突出部。這些導(dǎo)波路裝置中的每一個導(dǎo)波路裝置作為整體具有相向的一對導(dǎo)電板。一個導(dǎo)電板具有：向另一導(dǎo)電板側(cè)突出的脊部；以及位于脊部的兩側(cè)的人工磁導(dǎo)體。脊部的上表面(具有導(dǎo)電性的面)隔著間隙與另一導(dǎo)電板的導(dǎo)電性表面相向。具有人工磁導(dǎo)體的傳播截止頻帶所含的波長的電磁波在該導(dǎo)電性表面與脊部的上表面之間的空間(間隙)中沿著脊部傳播。

[專利文獻]

[專利文獻1]：國際公開第2010/050122號

[專利文獻2]：美國專利第8803638號說明書

[專利文獻3]：歐州專利申請公開第1331688號說明書

[非專利文獻]

[非專利文獻1]：ah.kirinoandk.ogawa,“a76ghzmulti-layeredphasedarrayantennausinganon-metalcontactmetamaterialwavegude”,ieeetransactiononantennaandpropagation,vol.60,no.2,pp.840-853,february,2012

[非專利文獻2]：a.uz.zamanandp.-s.kildal,“kubandlinearslot-arrayinridgegapwaveguidetechnology”,eucap2013,7theuropeanconferenceonantennaandpropagation

在天線供電線路(饋電網(wǎng)絡(luò))等的導(dǎo)波路中，能夠在導(dǎo)波部件設(shè)置彎曲部和/或分支部。在彎曲部以及分支部，導(dǎo)波部件的延伸的方向發(fā)生變化。像這樣在導(dǎo)波部件的延伸的方向發(fā)生變化的部分，由于在該狀態(tài)下產(chǎn)生阻抗的不匹配，因此產(chǎn)生所傳播的電磁波的不必要的反射。這種反射不僅成為信號的傳播損耗的原因，而且還能成為發(fā)生不必要的噪聲的原因。

非專利文獻1公開了為了提高導(dǎo)波部件的彎曲部以及分支部中的阻抗匹配而改變脊部的高度的技術(shù)。并且，在非專利文獻2所公開的導(dǎo)波路中，脊部的寬度在導(dǎo)波部件的分支部中發(fā)生變化。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

[要解決的技術(shù)問題]

本公開的各種實施方式提供一種提高導(dǎo)波部件的彎曲部以及分支部中的阻抗的匹配度的導(dǎo)波路裝置。

[用于解決技術(shù)問題的方法]

本公開的一形態(tài)所涉及的導(dǎo)波路裝置具有：第一導(dǎo)電部件，其具有平面或曲面形狀的導(dǎo)電性表面；第二導(dǎo)電部件，其排列有多個導(dǎo)電性桿，所述多個導(dǎo)電性桿分別具有與所述導(dǎo)電性表面相向的頂端部；以及導(dǎo)波部件，其具有與所述第一導(dǎo)電部件的所述導(dǎo)電性表面相向的導(dǎo)電性的導(dǎo)波面，所述導(dǎo)波部件配置在所述多個導(dǎo)電性桿之間，并沿著所述導(dǎo)電性表面延伸。所述導(dǎo)波部件具有延伸的方向發(fā)生變化的彎曲部以及延伸的方向分為兩個以上的分支部中的至少一方。在所述多個導(dǎo)電性桿中，與所述彎曲部或所述分支部相鄰的至少一個導(dǎo)電性桿的與軸向垂直的截面的外形尺寸(dimension)從與所述第二導(dǎo)電部件接觸的基部朝向頂端部單向地減小。

[發(fā)明效果]

根據(jù)本公開的實施方式，能夠通過構(gòu)成人工磁導(dǎo)體的桿的新的結(jié)構(gòu)，提高導(dǎo)波部件的彎曲部以及分支部中的阻抗的匹配度。

附圖說明

圖1是示意地表示基于本公開的導(dǎo)波路裝置的一個例子中的概略的結(jié)構(gòu)例的立體圖。

圖2a是示意地表示圖1的導(dǎo)波路裝置100的與xz面平行的截面的結(jié)構(gòu)的圖。

圖2b是示意地表示導(dǎo)波路裝置100的與xz面平行的截面的其他結(jié)構(gòu)的圖。

圖3是示意地表示導(dǎo)波路裝置100的結(jié)構(gòu)的其他立體圖。

圖4是表示圖2a所示的結(jié)構(gòu)中的各部件的尺寸的范圍例的圖。

圖5a是示意地表示在導(dǎo)波路裝置100內(nèi)傳播的電磁波的剖視圖。

圖5b是示意地表示公知的中空導(dǎo)波管130的結(jié)構(gòu)的剖視圖。

圖5c是表示在第二導(dǎo)電部件120上設(shè)置有兩個導(dǎo)波部件122的方式的剖視圖。

圖5d是示意地表示并排配置有兩個中空導(dǎo)波管130的導(dǎo)波路裝置的結(jié)構(gòu)的剖視圖。

圖6是示意地表示本公開的實施方式中的導(dǎo)波路裝置的結(jié)構(gòu)例的立體圖。

圖7是示意地表示導(dǎo)波路裝置100的與xz面平行的截面的結(jié)構(gòu)的圖。

圖8a是導(dǎo)電性桿124的包含軸向(z方向)的平面中的剖視圖。

圖8b是圖8a的導(dǎo)電性桿124的從軸向(z方向)觀察到的俯視圖。

圖9a是在具有分支部的結(jié)構(gòu)中示意地表示各導(dǎo)電性桿124的側(cè)面未傾斜的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的立體圖。

圖9b是圖9a所示的導(dǎo)波路裝置的俯視圖。

圖9c是在具有分支部的結(jié)構(gòu)中示意地表示各導(dǎo)電性桿124的側(cè)面傾斜的本實施方式的結(jié)構(gòu)的立體圖。

圖9d是圖9c所示的導(dǎo)波路裝置的俯視圖。

圖10是表示在具有分支部的結(jié)構(gòu)中，傾斜角θ為0°、1°、2°、3°、4°、5°的各情況下的與0.967fo、1.000fo、1.033fo頻率的輸入波相對應(yīng)的輸入反射系數(shù)s的圖表。

圖11是示意地表示本公開的其他實施方式中的導(dǎo)波路裝置的其他結(jié)構(gòu)例的立體圖。

圖12a是在具有彎曲部的結(jié)構(gòu)中示意地表示各導(dǎo)電性桿124的側(cè)面未傾斜的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的立體圖。

圖12b是圖12a所示的導(dǎo)波路裝置的俯視圖。

圖12c是在具有彎曲部的結(jié)構(gòu)中示意地表示各導(dǎo)電性桿124的側(cè)面傾斜的本實施方式的結(jié)構(gòu)的立體圖。

圖12d是圖12c所示的導(dǎo)波路裝置的俯視圖。

圖13是表示在具有彎曲部的結(jié)構(gòu)中，傾斜角θ為0°、1°、2°、3°、4°、5°的各情況下的與0.967fo、1.000fo、1.033fo頻率的輸入波相對應(yīng)的輸入反射系數(shù)s的圖表。

圖14a是表示將導(dǎo)電性桿124的與軸向(z方向)垂直的截面的外形尺寸d表現(xiàn)為與導(dǎo)電性桿124的基部124b之間的距離z的函數(shù)d(z)的例子的圖表。

圖14b是表示在z的特定范圍內(nèi)即使z增加，d(z)的大小也不發(fā)生變化的例子的圖表。

圖15a是其他例子中的導(dǎo)電性桿124的包含軸向(z方向)的平面中的剖視圖。

圖15b是圖15a的導(dǎo)電性桿124的從軸向(z方向)觀察到的俯視圖。

圖16a是另一其他例子中的導(dǎo)電性桿124的包含軸向(z方向)的平面中的剖視圖。

圖16b是圖16a的導(dǎo)電性桿124的從軸向(z方向)觀察到的俯視圖。

圖17a是表示另一其他例子中的導(dǎo)電性桿124的與xz面平行的截面的圖。

圖17b是表示圖17a的導(dǎo)電性桿124的與yz面平行的截面的圖。

圖17c是表示圖17a的導(dǎo)電性桿124的與xy面平行的截面的圖。

圖18a是另一其他例子中的導(dǎo)電性桿124的包含軸向(z方向)的平面中的剖視圖。

圖18b是圖18a的導(dǎo)電性桿124的從軸向(z方向)觀察到的俯視圖。

圖19是表示只使與導(dǎo)波部件122相鄰的導(dǎo)電性桿124為前述的特殊形狀的結(jié)構(gòu)例的剖視圖。

圖20a是本公開的實施方式中的陣列天線的從z方向觀察到的俯視圖。

圖20b是圖20a的b-b線剖視圖。

圖21是表示第一導(dǎo)波路裝置100a中的導(dǎo)波部件122的平面布局的圖。

圖22是表示第二導(dǎo)波路裝置100b中的導(dǎo)波部件122的平面布局的圖。

圖23a是表示只有導(dǎo)波部件122的作為上表面的導(dǎo)波面122a具有導(dǎo)電性，而導(dǎo)波部件122的除導(dǎo)波面122a以外的部分不具有導(dǎo)電性的結(jié)構(gòu)例的剖視圖。

圖23b是表示導(dǎo)波部件122未形成于第二導(dǎo)電部件120上的變形例的圖。

圖23c是表示第二導(dǎo)電部件120、導(dǎo)波部件122以及多個導(dǎo)電性桿124分別在電介質(zhì)的表面涂層有金屬等導(dǎo)電性材料的結(jié)構(gòu)例的圖。

圖23d是表示在導(dǎo)電部件110、120、導(dǎo)波部件122以及導(dǎo)電性桿124各自的最表面具有電介質(zhì)層110b、120b的結(jié)構(gòu)例的圖。

圖23e是表示在導(dǎo)電部件110、120、導(dǎo)波部件122以及導(dǎo)電性桿124各自的最表面具有電介質(zhì)層110b、120b的結(jié)構(gòu)的其他例子的圖。

圖23f是表示導(dǎo)波部件122的高度低于導(dǎo)電性桿124的高度，且第一導(dǎo)電部件110的導(dǎo)電性表面110a向?qū)Рú考?22側(cè)突出的例子的圖。

圖24a是表示第一導(dǎo)電部件110的導(dǎo)電性表面110a具有曲面形狀的例子的圖。

圖24b是表示第二導(dǎo)電部件120的導(dǎo)電性表面120a也具有曲面形狀的例子的圖。

圖25是表示本車輛500和與本車輛500在相同的車線上行駛的前方車輛502的圖。

圖26是表示本車輛500的車載雷達系統(tǒng)510的圖。

圖27a是表示車載雷達系統(tǒng)510的陣列天線aa與多個入射波k的關(guān)系的圖。

圖27b是表示接收第k個入射波的陣列天線aa的圖。

圖28是表示基于本公開的車輛行駛控制裝置600的基本結(jié)構(gòu)的一個例子的框圖。

圖29是表示車輛行駛控制裝置600的結(jié)構(gòu)的其他例子的框圖。

圖30是表示車輛行駛控制裝置600的更具體結(jié)構(gòu)例的框圖。

圖31是表示應(yīng)用例中的雷達系統(tǒng)510的更詳細的結(jié)構(gòu)例的框圖。

圖32是表示根據(jù)三角波生成電路581生成的信號調(diào)制的發(fā)送信號的頻率變化的圖。

圖33是表示“上行”期間的拍頻fu以及“下行”期間的拍頻fd的圖。

圖34是表示信號處理電路560通過具有處理器pr以及存儲裝置md的硬件實現(xiàn)的方式的例子的圖。

圖35是表示三個頻率f1、f2、f3的關(guān)系的圖。

圖36是表示復(fù)平面上的合成頻譜f1～f3的關(guān)系的圖。

圖37是表示基于變形例的求出相對速度以及距離的處理的步驟的流程圖。

[符號說明]

100導(dǎo)波路裝置

110第一導(dǎo)電部件

110a導(dǎo)電性表面

120第二導(dǎo)電部件

120a第二導(dǎo)電部件120的面(導(dǎo)電性表面)

122、122l、122u導(dǎo)波部件

124、124l、124u導(dǎo)電性桿

124a導(dǎo)電性桿124的頂端部

124b導(dǎo)電性桿124的基部

124s導(dǎo)電性桿124所具有的側(cè)面

124sa、124sb、124sc、124sd導(dǎo)電性桿124所具有的四個側(cè)面

125人工磁導(dǎo)體的表面

130中空導(dǎo)波管

132中空導(dǎo)波管的內(nèi)部空間

140第三導(dǎo)電部件

145l、145u端口

200電子回路

400物體檢測裝置

500本車輛

502前方車輛

510車載雷達系統(tǒng)

520行駛支援電子控制裝置

530雷達信號處理裝置

540通信設(shè)備

550計算機

552數(shù)據(jù)庫

560信號處理電路

570物體檢測裝置

580收發(fā)電路

596選擇電路

600車輛行駛控制裝置

700車載攝像頭系統(tǒng)

710車載攝像頭

720圖像處理電路

具體實施方式

在說明本公開的實施方式之前，說明具有二維排列的多個導(dǎo)電性桿(人工磁導(dǎo)體)的導(dǎo)波路裝置的基本結(jié)構(gòu)例和動作。

圖1是示意地表示這種導(dǎo)波路裝置具有的基本結(jié)構(gòu)的非限定的例子的立體圖。在圖1中示出表示相互正交的x、y、z方向的xyz坐標。圖示的導(dǎo)波路裝置100具有相向且平行地配置的板狀的第一導(dǎo)電部件110與第二導(dǎo)電部件120。在第二導(dǎo)電部件120排列有多個導(dǎo)電性桿124。

另外，本申請的附圖所示的結(jié)構(gòu)物的方向是考慮說明的理解容易度而設(shè)定的，并不對本公開的實施方式在實際實施時的方向進行任何限制。并且，附圖所示的結(jié)構(gòu)物的整體或一部分的形狀以及大小也不限制實際的形狀以及大小。

圖2a是示意地表示導(dǎo)波路裝置100的與xz面平行的截面的結(jié)構(gòu)的圖。如圖2a所示，第一導(dǎo)電部件110在與第二導(dǎo)電部件120相向的一側(cè)具有導(dǎo)電性表面110a。導(dǎo)電性表面110a沿著與導(dǎo)電性桿124的軸向(z方向)正交的平面(與xy面平行的平面)二維擴展。該例子中的導(dǎo)電性表面110a為平滑的平面，但是如后面敘述，導(dǎo)電性表面110a無需為平面。

圖3是為了便于理解而示意地表示處于將第一導(dǎo)電部件110與第二導(dǎo)電部件120的間隔過大地分開的狀態(tài)的導(dǎo)波路裝置100的立體圖。在實際的導(dǎo)波路裝置100中，如圖1以及圖2a所示，第一導(dǎo)電部件110與第二導(dǎo)電部件120的間隔窄，第一導(dǎo)電部件110以覆蓋第二導(dǎo)電部件120的所有導(dǎo)電性桿124的方式配置。

再次參照圖2a。排列在第二導(dǎo)電部件120上的多個導(dǎo)電性桿124分別具有與導(dǎo)電性表面110a相向的頂端部124a。在圖示的例子中，多個導(dǎo)電性桿124的頂端部124a位于同一平面上。該平面形成人工磁導(dǎo)體的表面125。導(dǎo)電性桿124無需其整體具有導(dǎo)電性，只要桿狀結(jié)構(gòu)物的至少表面(上表面以及側(cè)面)具有導(dǎo)電性即可。并且，第二導(dǎo)電部件120只要能夠支承多個導(dǎo)電性桿124來實現(xiàn)人工磁導(dǎo)體，便無需其整體具有導(dǎo)電性。在第二導(dǎo)電部件120的表面中，排列有多個導(dǎo)電性桿124的一側(cè)的面120a具有導(dǎo)電性，相鄰的多個導(dǎo)電性桿124的表面用導(dǎo)體連接即可。換句話說，第二導(dǎo)電部件120與多個導(dǎo)電性桿124的組合的整體具有與第一導(dǎo)電部件110的導(dǎo)電性表面110a相向的凹凸狀的導(dǎo)電性表面即可。

在第二導(dǎo)電部件120上，在多個導(dǎo)電性桿124之間配置有脊狀的導(dǎo)波部件122。更詳細地說，在導(dǎo)波部件122的兩側(cè)分別存在人工磁導(dǎo)體，導(dǎo)波部件122被兩側(cè)的人工磁導(dǎo)體夾著。從圖3可知，該例子中的導(dǎo)波部件122被第二導(dǎo)電部件120支承，并沿著y方向直線地延伸。在圖示的例子中，導(dǎo)波部件122具有與導(dǎo)電性桿124的高度以及寬度相同的高度以及寬度。如后面敘述，導(dǎo)波部件122的高度以及寬度也可以具有與導(dǎo)電性桿124的高度以及寬度不同的值。與導(dǎo)電性桿124不同，導(dǎo)波部件122在沿著導(dǎo)電性表面110a引導(dǎo)電磁波的方向(在該例子中為y方向)上延伸。導(dǎo)波部件122也無需整體具有導(dǎo)電性，只要具有與第一導(dǎo)電部件110的導(dǎo)電性表面110a相向的導(dǎo)電性的導(dǎo)波面122a即可。第二導(dǎo)電部件120、多個導(dǎo)電性桿124以及導(dǎo)波部件122也可以為連續(xù)的單獨的結(jié)構(gòu)體的一部分。并且，第一導(dǎo)電部件110也可以為該單獨的結(jié)構(gòu)體的一部分。

在導(dǎo)波部件122的兩側(cè)，各人工磁導(dǎo)體的表面125與第一導(dǎo)電部件110的導(dǎo)電性表面110a之間的空間不傳播具有特定頻帶內(nèi)的頻率的電磁波。這種頻帶稱作“受限帶”。人工磁導(dǎo)體以在導(dǎo)波路裝置100內(nèi)傳播的信號波的頻率(以下，有時稱作“動作頻率”。)包含于受限帶的方式設(shè)計。受限帶能夠通過導(dǎo)電性桿124的高度、即形成于相鄰的多個導(dǎo)電性桿124之間的槽的深度、導(dǎo)電性桿124的寬度、配置間隔以及導(dǎo)電性桿124的頂端部124a與導(dǎo)電性表面110a之間的間隙的大小調(diào)整。

通過以上結(jié)構(gòu)，能夠使信號波沿著第一導(dǎo)電部件110的導(dǎo)電性表面110a與導(dǎo)波面122a之間的導(dǎo)波路(脊形導(dǎo)波路)傳播。有時將這種脊形導(dǎo)波路稱作wrg(waffle-ironridgewaveguide：對開式鐵芯脊形導(dǎo)波路)。

接著，參照圖4對各部件的尺寸、形狀、配置等的例子進行說明。

圖4是表示圖2a所示的結(jié)構(gòu)中的各部件的尺寸范圍的例子的圖。導(dǎo)波路裝置用于規(guī)定的頻帶(稱作動作頻帶。)的電磁波的發(fā)送以及接收中的至少一種。在本說明書中，將在第一導(dǎo)電部件110的導(dǎo)電性表面110a與導(dǎo)波部件122的導(dǎo)波面122a之間的導(dǎo)波路中傳播的電磁波(信號波)在自由空間中的波長的代表值(例如，與動作頻帶的中心頻率對應(yīng)的中心波長)設(shè)為λo。并且，將動作頻帶中的最高頻率的電磁波在自由空間中的波長設(shè)為λm。在各導(dǎo)電性桿124中，將與第二導(dǎo)電部件120接觸的端的部分稱作“基部”。如圖4所示，各導(dǎo)電性桿124具有頂端部124a和基部124b。各部件的尺寸、形狀、配置等的例子如下。

(1)導(dǎo)電性桿的寬度

導(dǎo)電性桿124的寬度(x方向以及y方向的大小)能夠設(shè)定成小于λm/2。若在該范圍內(nèi)，則能夠防止發(fā)生x方向以及y方向上的最低次的共振。另外，不僅是x以及y方向，在xy截面的對角方向上也有可能引起共振，因此優(yōu)選導(dǎo)電性桿124的xy截面的對角線的長度也小于λm/2。桿的寬度以及對角線的長度的下限值為能夠通過加工方法制作的最小長度，并無特別限定。

(2)從導(dǎo)電性桿的基部到第一導(dǎo)電部件的導(dǎo)電性表面的距離

從導(dǎo)電性桿124的基部124b到第一導(dǎo)電部件110的導(dǎo)電性表面110a的距離能夠設(shè)定成比導(dǎo)電性桿124的高度長且小于λm/2。在該距離為λm/2以上的情況下，在導(dǎo)電性桿124的基部124b與導(dǎo)電性表面110a之間產(chǎn)生共振，失去信號波的鎖定效應(yīng)。

從導(dǎo)電性桿124的基部124b到第一導(dǎo)電部件110的導(dǎo)電性表面110a的距離相當于第一導(dǎo)電部件110與第二導(dǎo)電部件120的間隔。例如，在作為毫米波段的76.5±0.5ghz的信號波在導(dǎo)波路中傳播的情況下，信號波的波長在3.8934mm至3.9446mm的范圍內(nèi)。因此，在該情況下，λm為3.8934mm，因此第一導(dǎo)電部件110與第二導(dǎo)電部件120的間隔設(shè)定成小于3.8934mm的一半。只要第一導(dǎo)電部件110與第二導(dǎo)電部件120以實現(xiàn)這種窄的間隔的方式而相向配置，則第一導(dǎo)電部件110與第二導(dǎo)電部件120無需嚴格地平行。并且，若第一導(dǎo)電部件110與第二導(dǎo)電部件120的間隔小于λm/2，則第一導(dǎo)電部件110和/或第二導(dǎo)電部件120的整體或一部分也可以具有曲面形狀。另一方面，第一導(dǎo)電部件110以及第二120的平面形狀(與xy面垂直地投影的區(qū)域的形狀)以及平面大小(與xy面垂直地投影的區(qū)域的大小)能夠按照用途任意設(shè)計。

在圖2a所示的例子中，導(dǎo)電性表面120a為平面，但是本公開的實施方式并不限定于此。例如，如圖2b所示，導(dǎo)電性表面120a也可以是截面呈接近u字或v字的形狀的面的底部。在導(dǎo)電性桿124或?qū)Рú考?22具有寬度朝向基部擴大的形狀的情況下，導(dǎo)電性表面120a成為這種結(jié)構(gòu)。即使是這種結(jié)構(gòu)，只要導(dǎo)電性表面110a與導(dǎo)電性表面120a之間的距離比波長λm的一半短，則圖2b所示的裝置也能夠作為本公開的實施方式中的導(dǎo)波路裝置發(fā)揮功能。

(3)從導(dǎo)電性桿的頂端部到導(dǎo)電性表面為止的距離l2

從導(dǎo)電性桿124的頂端部124a到導(dǎo)電性表面110a的距離l2設(shè)定成小于λm/2。這是因為，在該距離為λm/2以上的情況下，產(chǎn)生在導(dǎo)電性桿124的頂端部124a與導(dǎo)電性表面110a之間往復(fù)的傳播模式，無法鎖定電磁波。

(4)導(dǎo)電性桿的排列以及形狀

多個導(dǎo)電性桿124中的相鄰的兩個導(dǎo)電性桿124之間的間隙例如具有小于λm/2的寬度。相鄰的兩個導(dǎo)電性桿124之間的間隙的寬度是根據(jù)從該兩個導(dǎo)電性桿124的一個導(dǎo)電性桿124的表面(側(cè)面)到另一導(dǎo)電性桿124的表面(側(cè)面)的最短距離定義的。該桿之間的間隙的寬度以在桿之間的區(qū)域不引起最低次的共振的方式來決定。產(chǎn)生共振的條件根據(jù)導(dǎo)電性桿124的高度、相鄰的兩個導(dǎo)電性桿之間的距離以及導(dǎo)電性桿124的頂端部124a與導(dǎo)電性表面110a之間的空隙的容量的組合來決定。因此，桿之間的間隙的寬度依據(jù)其他設(shè)計參數(shù)適當?shù)貨Q定。桿之間的間隙的寬度并無明確的下限，為了確保制造的容易度，在傳播毫米波段的電磁波的情況下，例如可以為λm/16以上。另外，間隙的寬度無需固定。若小于λm/2，則導(dǎo)電性桿124之間的間隙也可以具有各種寬度。

多個導(dǎo)電性桿124的排列只要發(fā)揮作為人工磁導(dǎo)體的功能，則不限定于圖示的例子。多個導(dǎo)電性桿124無需呈正交的行以及列狀排列，行以及列也可以以除了90度以外的角度交叉。多個導(dǎo)電性桿124無需沿著行或列排列在直線上，也可以不顯示簡單的規(guī)律性而分散配置。各導(dǎo)電性桿124的形狀以及大小也可以按照第二導(dǎo)電部件120上的位置發(fā)生變化。

多個導(dǎo)電性桿124的頂端部124a所形成的人工磁導(dǎo)體的表面125無需為嚴格意義上的平面，也可以為具有細微的凹凸的平面或曲面。即，各導(dǎo)電性桿124的高度無需相同，在導(dǎo)電性桿124的排列能夠作為人工磁導(dǎo)體發(fā)揮功能的范圍內(nèi)，各個導(dǎo)電性桿124能夠具有多樣性。

并且，導(dǎo)電性桿124并不限定于圖示的棱柱形狀，例如也可以具有圓筒狀的形狀。并且，無需具有簡單的柱狀的形狀。人工磁導(dǎo)體還能夠通過除了導(dǎo)電性桿124的排列以外的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，能夠?qū)⒍鄻拥娜斯ご艑?dǎo)體用于本公開的導(dǎo)波路裝置。另外，在導(dǎo)電性桿124的頂端部124a的形狀為棱柱形狀的情況下，優(yōu)選該對角線的長度小于λm/2。當為橢圓形狀時，優(yōu)選長軸的長度小于λm/2。即使在頂端部124a呈另一其他形狀的情況下，也優(yōu)選其跨度尺寸的最長的部分也小于λm/2。

(5)導(dǎo)波面的寬度

導(dǎo)波部件122的導(dǎo)波面122a的寬度、即導(dǎo)波面122a在與導(dǎo)波部件122延伸的方向正交的方向上的大小能夠設(shè)定成小于λm/2(例如λo/8)。這是因為，若導(dǎo)波面122a的寬度為λm/2以上，則在寬度方向上引起共振，若引起共振，則wrg無法作為簡單的傳輸線路動作。

(6)導(dǎo)波部件的高度

導(dǎo)波部件122的高度(在圖示的例子中為z方向的大小)設(shè)定成小于λm/2。這是因為，在該距離為λm/2以上的情況下，導(dǎo)電性桿124的基部124b與導(dǎo)電性表面110a的距離成為λm/2以上。同樣地，關(guān)于導(dǎo)電性桿124(尤其是與導(dǎo)波部件122相鄰的導(dǎo)電性桿124)的高度也設(shè)定成小于λm/2。

(7)導(dǎo)波面與導(dǎo)電性表面之間的距離l1

關(guān)于導(dǎo)波部件122的導(dǎo)波面122a與導(dǎo)電性表面110a之間的距離l1設(shè)定成小于λm/2。這是因為，在該距離為λm/2以上的情況下，在導(dǎo)波面122a與導(dǎo)電性表面110a之間引起共振，無法作為導(dǎo)波路發(fā)揮功能。在某一例子中，該距離為λm/4以下。為了確保制造的容易度，在傳播毫米波段的電磁波的情況下，優(yōu)選例如設(shè)為λm/16以上。

導(dǎo)電性表面110a與導(dǎo)波面122a的距離l1的下限以及導(dǎo)電性表面110a與桿124的頂端部124a的距離l2的下限依賴于機械工作的精度以及將上下兩個導(dǎo)電部件110、120以確保固定距離的方式組裝時的精度。在利用沖壓加工方法或注射加工方法的情況下，上述距離的實際下限為50微米(μm)左右。在利用mems(micro-electro-mechanicalsystem：微機電系統(tǒng))制作例如太赫茲區(qū)域的產(chǎn)品的情況下，上述距離的下限為2～3μm左右。

根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的導(dǎo)波路裝置100，動作頻率的信號波無法在人工磁導(dǎo)體的表面125與第一導(dǎo)電部件110的導(dǎo)電性表面110a之間的空間中傳播，而是在導(dǎo)波部件122的導(dǎo)波面122a與第一導(dǎo)電部件110的導(dǎo)電性表面110a之間的空間中傳播。與中空導(dǎo)波管不同，這種導(dǎo)波路結(jié)構(gòu)中的導(dǎo)波部件122的寬度無需具有應(yīng)傳播的電磁波的半波長以上的寬度。并且，還無需將第一導(dǎo)電部件110與第二導(dǎo)電部件120通過沿著厚度方向(與yz面平行)延伸的金屬壁連接。

圖5a示意地表示在導(dǎo)波部件122的導(dǎo)波面122a與第一導(dǎo)電部件110的導(dǎo)電性表面110a的間隙中的寬度窄的空間中傳播的電磁波。圖5a中的三個箭頭是示意地表示所傳播的電磁波的電場的方向。傳播的電磁波的電場與第一導(dǎo)電部件110的導(dǎo)電性表面110a以及導(dǎo)波面122a垂直。

在導(dǎo)波部件122的兩側(cè)分別配置有由多個導(dǎo)電性桿124形成的人工磁導(dǎo)體。電磁波在導(dǎo)波部件122的導(dǎo)波面122a與第一導(dǎo)電部件110的導(dǎo)電性表面110a的間隙中傳播。圖5a是示意圖，并沒有準確地表示電磁波實際形成的電磁場的大小。在導(dǎo)波面122a上的空間中傳播的電磁波(電磁場)的一部分也可以從根據(jù)導(dǎo)波面122a的寬度劃分的空間向外側(cè)(人工磁導(dǎo)體存在的一側(cè))沿著橫向擴展。在該例子中，電磁波沿著與圖5a的紙面垂直的方向(y方向)傳播。這種導(dǎo)波部件122無需沿著y方向直線地延伸，能夠具有未圖示的彎曲部和/或分支部。電磁波由于沿著導(dǎo)波部件122的導(dǎo)波面122a傳播，因此在彎曲部改變傳播方向，在分支部傳播方向分支為多個方向。

在圖5a的導(dǎo)波路結(jié)構(gòu)中，在傳播的電磁波的兩側(cè)，不存在中空導(dǎo)波管中不可欠缺的金屬壁(電壁)。因此，在該例子中的導(dǎo)波路結(jié)構(gòu)中，傳播的電磁波形成的電磁場模式的邊界條件不包含“基于金屬壁(電壁)的約束條件”，導(dǎo)波面122a的寬度(x方向的大小)小于電磁波的波長的一半。

為了參考，圖5b示意地表示中空導(dǎo)波管130的截面。在圖5b中用箭頭示意地表示形成于中空導(dǎo)波管130的內(nèi)部空間132的電磁場模式(te10)的電場的方向。箭頭的長度與電場的強度對應(yīng)。中空導(dǎo)波管130的內(nèi)部空間132的寬度必須設(shè)定成大于波長的一半。即，中空導(dǎo)波管130的內(nèi)部空間132的寬度不得設(shè)定成小于傳播的電磁波的波長的一半。

圖5c是表示在第二導(dǎo)電部件120上設(shè)置有兩個導(dǎo)波部件122的方式的剖視圖。在像這樣相鄰的兩個導(dǎo)波部件122之間配置有由多個導(dǎo)電性桿124形成的人工磁導(dǎo)體。更準確地說，在各導(dǎo)波部件122的兩側(cè)配置有由多個導(dǎo)電性桿124形成的人工磁導(dǎo)體，從而能夠?qū)崿F(xiàn)各導(dǎo)波部件122獨立地傳播電磁波。

為了參考，圖5d示意地表示并排配置有兩個中空導(dǎo)波管130的導(dǎo)波路裝置的截面。兩個中空導(dǎo)波管130相互電絕緣。電磁波傳播的空間的周圍需要用構(gòu)成中空導(dǎo)波管130的金屬壁覆蓋。因此，無法使電磁波傳播的內(nèi)部空間132的間隔比兩個金屬壁厚度的總計還要縮短。兩個金屬壁厚度的總計通常比所傳播的電磁波的波長的一半長。因此，很難使中空導(dǎo)波管130的排列間隔(中心間隔)比所傳播的電磁波的波長短。尤其在處理電磁波的波長為10mm以下的毫米波段或者其以下的波長的電磁波的情況下，難以形成足夠薄于波長的金屬壁。因此，在商業(yè)上很難以現(xiàn)實的成本實現(xiàn)。

與此相對，具有人工磁導(dǎo)體的導(dǎo)波路裝置100能夠容易地實現(xiàn)使導(dǎo)波部件122靠近的結(jié)構(gòu)，因此能夠適宜地用于向與多個天線元件靠近配置的陣列天線供電。

本發(fā)明人等為了提高導(dǎo)波部件122的彎曲部以及分支部中的阻抗的匹配度，著眼于構(gòu)成人工磁導(dǎo)體的導(dǎo)電性桿124。而且，如以下詳細說明，通過改良導(dǎo)電性桿124的形狀，成功地提高了導(dǎo)波部件122的彎曲部以及分支部中的阻抗的匹配度。通過提高阻抗的匹配度，能夠提供改善傳播效率且降低噪聲的導(dǎo)波路裝置。并且，還能夠提高具有這種導(dǎo)波路裝置的天線裝置的性能。更具體地說，由于伴隨阻抗的匹配而抑制信號波的反射，因此能夠降低電力的損耗，在天線裝置中能夠抑制收發(fā)的電磁波的相位混亂。因此，在通信中能夠抑制通信信號的劣化，在雷達中能夠提高推斷距離或入射方位的精度。

以下，對基于本公開的導(dǎo)波路裝置的非限定且例示性的實施方式進行說明。

＜導(dǎo)波路裝置的基本結(jié)構(gòu)＞

首先，參照圖6以及圖7。圖6是示意地表示本實施方式中的導(dǎo)波路裝置的結(jié)構(gòu)例的立體圖。在圖6中，為了便于理解示出將第一導(dǎo)電部件110與第二導(dǎo)電部件120的間隔分開的狀態(tài)。圖7是示意地表示導(dǎo)波路裝置100的與xz面平行的截面的結(jié)構(gòu)的圖。

如圖6以及圖7所示，本實施方式中的導(dǎo)波路裝置100具有：具有平面形狀的導(dǎo)電性表面110a的第一導(dǎo)電部件110；排列有多個導(dǎo)電性桿124的第二導(dǎo)電部件120，多個導(dǎo)電性桿124分別具有與導(dǎo)電性表面110a相向的頂端部124a；以及具有與第一導(dǎo)電部件110的導(dǎo)電性表面110a相向的導(dǎo)電性的導(dǎo)波面122a的導(dǎo)波部件122。導(dǎo)波部件122配置在多個導(dǎo)電性桿124之間，并沿著導(dǎo)電性表面110a延伸。在導(dǎo)波部件122的兩側(cè)分別存在由多個導(dǎo)電性桿124構(gòu)成的人工磁導(dǎo)體，該人工磁導(dǎo)體從兩側(cè)夾著導(dǎo)波部件122。在本實施方式中，導(dǎo)波部件122具有延伸的方向分為兩個以上的分支部136。該例子中的分支部136由于分支的兩個導(dǎo)波部件的角度為180度，具有類似字母文字“t”的形狀，因此還稱作“t形分支”。此外，在分支部136還有分支的兩個導(dǎo)波部件的方向小于180度的“y形分支”。

如上所述，排列在第二導(dǎo)電部件120上的多個導(dǎo)電性桿124分別具有與導(dǎo)電性表面110a相向的頂端部124a。在圖示的例子中，導(dǎo)電性桿124的頂端部124a幾乎位于同一平面上，形成了人工磁導(dǎo)體的表面125。

＜導(dǎo)電性桿的基本結(jié)構(gòu)＞

·分支部

在本實施方式中，如圖7所示，通過使各導(dǎo)電性桿124的側(cè)面傾斜，使各導(dǎo)電性桿124的與軸向(z方向)垂直的截面的外形尺寸從基部124b朝向頂端部124a單向地減小。由此，由電磁場模擬的結(jié)果明確可知，能夠提高導(dǎo)波部件122的分支部136中的阻抗的匹配度。

圖8a是導(dǎo)電性桿124的包含軸向(z方向)的平面中的剖視圖。圖8b是圖8a的導(dǎo)電性桿124的從軸向(z方向)觀察到的俯視圖。該例子中的導(dǎo)電性桿124具有與軸向(z方向)垂直的截面為正方形的錐臺(frustum)形狀，導(dǎo)電性桿124的四個側(cè)面124s相對于軸向(z方向)傾斜。如圖8a所示，導(dǎo)電性桿的各側(cè)面124s的傾斜角度根據(jù)角度θ定義，該角度θ是側(cè)面124s的法線124n和與軸向(z方向)正交的任意平面pz形成的角度。

“導(dǎo)電性桿的與軸向垂直的截面的外形尺寸”根據(jù)內(nèi)部能夠包含“截面的外形”的最小的圓的直徑定義。這種圓在截面的外形為三角形、長方形(包含正方形)或正多邊形的情況下，相當于外接圓。在“截面的外形”為圓或橢圓的情況下，“截面的外形尺寸”為圓的直徑或橢圓的長軸長度。本公開中的導(dǎo)電性桿的“截面的外形”并不限定于存在外接圓的形狀。在圖8a以及圖8b所示的例子中，導(dǎo)電性桿124的與軸向垂直的截面的外形尺寸從導(dǎo)電性桿124的基部124b朝向頂端部124a減小。

在圖8a以及圖8b所示的例子中，導(dǎo)電性桿124的與軸向垂直的截面的面積在頂端部124a小于基部124b。如上所述，導(dǎo)電性桿124無需整體具有導(dǎo)電性，其表面具有導(dǎo)電性即可。因此，導(dǎo)電性桿124既可以具有中空結(jié)構(gòu)，也可以在內(nèi)部存在電介質(zhì)的芯?！皩?dǎo)電性桿的與軸向垂直的截面的面積”是指根據(jù)導(dǎo)電性桿的與軸向垂直的截面的“外形”的輪廓線從外部劃分出的區(qū)域的面積。即使在該區(qū)域內(nèi)包含不具有導(dǎo)電性的部分，也不影響“截面的面積”。

以下，對使用這種導(dǎo)電性桿124提高阻抗的匹配度的情況進行說明。

本發(fā)明人等通過模擬可以明確，與各導(dǎo)電性桿124的側(cè)面未傾斜的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)相比，在本實施方式的結(jié)構(gòu)中阻抗匹配度提高。在此，阻抗匹配度用輸入反射系數(shù)表示。輸入反射系數(shù)越低，阻抗匹配度越高。輸入反射系數(shù)是表示反射波的強度與輸入于高頻線路或元件的輸入波的強度之比的系數(shù)。

圖9a至圖9d是表示在本模擬中使用的導(dǎo)波路裝置的結(jié)構(gòu)的圖。圖9a是示意地表示各導(dǎo)電性桿124的側(cè)面未傾斜的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的立體圖。圖9b是圖9a所示的導(dǎo)波路裝置的俯視圖。圖9c是示意地表示各導(dǎo)電性桿124的側(cè)面傾斜的本實施方式的結(jié)構(gòu)的立體圖。圖9d是圖9c所示的導(dǎo)波路裝置的俯視圖。

在本模擬中，對各導(dǎo)電性桿124的四個側(cè)面的傾斜角度不同的多個結(jié)構(gòu)測定了分支部中的輸入反射系數(shù)s。在本模擬中，將74.9475ghz的頻率設(shè)為fo，測定了以fo為中心的頻帶的電磁波(還稱作輸入波)。將與fo對應(yīng)的自由空間中的波長設(shè)為λo，將各導(dǎo)電性桿的平均寬度、桿之間的間隙的平均寬度以及導(dǎo)波部件(脊部)的寬度設(shè)為λo/8，將各桿以及脊部的高度設(shè)為λo/4。輸入波向圖9b以及圖9d所示的箭頭的方向入射。

圖10是表示本模擬的結(jié)果的圖表。圖10的圖表表示傾斜角θ為0°、1°、2°、3°、4°、5°的各情況中的相對于0.967fo、1.000fo、1.033fo頻率的輸入波的輸入反射系數(shù)s(db)。

由圖10可知，無論輸入波的頻率如何，若使各導(dǎo)電性桿124的側(cè)面傾斜，則輸入反射系數(shù)s都會下降。即，通過本實施方式的結(jié)構(gòu)可以確認阻抗匹配度提高。

·彎曲部

上述效果在導(dǎo)波部件122具有彎曲部的情況下也可以獲得。彎曲部是指導(dǎo)波部件122的延伸的方向發(fā)生變化的部分。彎曲部包括導(dǎo)波部件122的延伸的方向急速地發(fā)生變化的部分、緩慢地發(fā)生變化的部分以及蜿蜒的部分。

參照圖11。圖11是示意地表示本實施方式中的導(dǎo)波路裝置的其他結(jié)構(gòu)例的立體圖。在圖11中，為了便于理解省略了第一導(dǎo)電部件110的記載。

在圖示的導(dǎo)波路裝置中，具有兩個導(dǎo)波部件122，一個導(dǎo)波部件122具有彎曲部138。

通過使用側(cè)面傾斜的導(dǎo)電性桿124，還能夠提高彎曲部138中的阻抗的匹配度。以下，對此進行說明。

本發(fā)明人等通過模擬可以明確，與各導(dǎo)電性桿124的側(cè)面未傾斜的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)相比，在具有彎曲部的結(jié)構(gòu)中阻抗匹配度也提高。以下，對該模擬的結(jié)果進行說明。

圖12a至圖12d是表示在本模擬中使用的導(dǎo)波路裝置的結(jié)構(gòu)的圖。圖12a是示意地表示各導(dǎo)電性桿124的側(cè)面未傾斜的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的立體圖。圖12b是圖12a所示的導(dǎo)波路裝置的俯視圖。圖12c是示意地表示各導(dǎo)電性桿124的側(cè)面傾斜的本實施方式的結(jié)構(gòu)的立體圖。圖12d是圖12c所示的導(dǎo)波路裝置的俯視圖。在本模擬中，使輸入波向圖12b以及圖12d所示的箭頭的方向入射，測定了彎曲部中的輸入反射系數(shù)。其他模擬條件與前述模擬中的條件相同。

圖13是表示本模擬的結(jié)果的圖表。圖13的圖表表示傾斜角θ為0°、1°、2°、3°、4°、5°的各情況中的相對于0.967fo、1.000fo、1.033fo頻率的輸入波的輸入反射系數(shù)s(db)。

由圖13可知，無論輸入波的頻率如何，若使各導(dǎo)電性桿124的側(cè)面傾斜，則輸入反射系數(shù)s下降。即，通過本實施方式的結(jié)構(gòu)確認到阻抗匹配度提高。

另外，一個導(dǎo)波部件122也可以具有分支部以及彎曲部這兩者。例如，導(dǎo)波部件122也可以具有組合分支部與彎曲部的結(jié)構(gòu)。并且，導(dǎo)波部件122的形狀(例如，高度或?qū)挾?在分支部或彎曲部也可以如現(xiàn)有情況那樣發(fā)生局部變化。若像這樣使導(dǎo)波部件122的形狀發(fā)生局部變化，則能夠配合本公開中的導(dǎo)波路裝置的導(dǎo)電性桿124所具有的效果配合進一步提高阻抗匹配度。

＜導(dǎo)電性桿的其他結(jié)構(gòu)＞

接著，對能夠獲得本公開的效果的導(dǎo)電性桿的其他形狀的例子進行說明。

首先，參照圖14a以及圖14b。圖14a是表示將導(dǎo)電性桿124的與軸向(z方向)垂直的截面的外形尺寸d表現(xiàn)為與導(dǎo)電性桿124的基部124b之間的距離z的函數(shù)d(z)的例子的圖表。從導(dǎo)電性桿124的基部124b與導(dǎo)電性桿124的軸向(z方向)平行地測定距離z。

圖14a表示與前述的導(dǎo)電性桿124相關(guān)的函數(shù)d(z)的例子。圖14a的符號“h”表示導(dǎo)電性桿的高度(軸向大小)。d(z)具有與導(dǎo)電性桿124的側(cè)面124s的傾斜對應(yīng)的梯度。在前述的實施方式中的導(dǎo)電性桿124中，d(z)的梯度相同，但本公開的導(dǎo)波路裝置并不限定于這種例子。只要d(z)隨著z的增加而單向地減小，則可以獲得前述的效果。

在本申請中，“導(dǎo)電性桿的與軸向垂直的截面的外形尺寸從與第二導(dǎo)電部件接觸的基部朝向頂端部單向地減小”的情況是指，對于滿足0＜z1＜z2＜h的任意的z1以及z2，d(z1)≥d(z2)成立，并且d(0)＞d(h)成立。在此，記號“≥”包含不等號和等號。因此，導(dǎo)電性桿也可以具有即使z增加，d(z)的大小也不變化的部分。圖14b表示在z的確定范圍內(nèi)即使z增加，d(z)的大小也不變化的例子。通過具有這種外形尺寸的導(dǎo)電性桿也能夠獲得前述的效果。

圖15a是其他例中的導(dǎo)電性桿124的包含軸向(z方向)的平面中的剖視圖。圖15b是圖15a的導(dǎo)電性桿124的從軸向(z方向)觀察到的俯視圖。在該例子中，導(dǎo)電性桿124的與軸向垂直的截面的外形是圓。該“截面的外形”也可以是橢圓。在截面的外形為圓的情況下，“導(dǎo)電性桿的與軸向垂直的截面的外形尺寸”與圓的直徑一致。在截面的外形為橢圓的情況下，“導(dǎo)電性桿的與軸向垂直的截面的外形尺寸”與橢圓的長軸長度相等。

即使像這樣“導(dǎo)電性桿的與軸向垂直的截面”具有除正方形以外的形狀，也能夠通過使側(cè)面傾斜來提高分支部以及彎曲部中的阻抗匹配度。

另外，導(dǎo)電性桿124的頂端部124a無需為平面，如圖16a以及圖16b所示的例子，也可以為曲面。

圖17a、圖17b以及圖17c是表示導(dǎo)電性桿124所具有的形狀的其他例子的圖。圖17a表示導(dǎo)電性桿124的與xz面平行的截面，圖17b表示導(dǎo)電性桿124的與yz面平行的截面，圖17c表示導(dǎo)電性桿124的與xy面平行的截面。在該例子中，如圖17c所示，導(dǎo)電性桿124的與軸向垂直的截面的外形為長方形。如圖17a以及圖17b所示，在該例子中的導(dǎo)電性桿124所具有的四個側(cè)面124sa、124sb、124sc、124sd中，側(cè)面124sa、124sb不傾斜，只有124sc、124sd傾斜。

圖18a是另一其他例子中的導(dǎo)電性桿124的包含軸向(z方向)的平面中的剖視圖。圖18b是圖18a的導(dǎo)電性桿124的從軸向(z方向)觀察到的俯視圖。該例子中的導(dǎo)電性桿124具有臺階?！皩?dǎo)電性桿的與軸向垂直的截面”的尺寸局部發(fā)生急速的變化。在本申請中，這種形狀也滿足“導(dǎo)電性桿的與軸向垂直的截面的外形尺寸從與第二導(dǎo)電部件接觸的基部朝向頂端部單向地減小”的情況。

在上述實施方式中，排列在第二導(dǎo)電部件120上的多個導(dǎo)電性桿124分別具有相同的形狀。但是，本公開的導(dǎo)波路裝置并不限定于這種例子。構(gòu)成人工磁導(dǎo)體的多個導(dǎo)電性桿124也可以具有相互不同的形狀或大小。并且，如圖19所示，也可以只使與導(dǎo)波部件122相鄰的導(dǎo)電性桿124為前述的特殊形狀。并且，也可以使導(dǎo)波部件122中的位于不影響分支部或彎曲部中的阻抗匹配度的位置的導(dǎo)電性桿為與現(xiàn)有的導(dǎo)電性桿相同的形狀，只使位于影響分支部或彎曲部中的阻抗匹配度的位置的導(dǎo)電性桿為上述的特殊形狀。具體地說，只要導(dǎo)波部件122的“分支部或彎曲部所相鄰的導(dǎo)電性桿”的與軸向垂直的截面的外形尺寸從基部朝向頂端部單向地減小即可。在此，所謂“分支部或彎曲部所相鄰的導(dǎo)電性桿”定義為在著眼的導(dǎo)電性桿與“分支部或彎曲部”之間不存在除著眼的導(dǎo)電性桿以外的導(dǎo)電性桿的情況的該“著眼的導(dǎo)電性桿”。

＜天線裝置＞

以下，對具有本公開的導(dǎo)波路裝置的天線裝置的非限定且例示性的實施方式進行說明。

圖20a是16個縫隙(開口部)112排列成4行4列的天線裝置(陣列天線)的從z方向觀察到的俯視圖。圖20b是圖20a的b-b線剖視圖。在圖示的天線裝置中層疊有如下導(dǎo)波路裝置：第一導(dǎo)波路裝置100a，其具有直接與作為發(fā)射元件(天線元件)發(fā)揮功能的縫隙112結(jié)合的導(dǎo)波部件122u；以及第二導(dǎo)波路裝置100b，其具有與第一導(dǎo)波路裝置100a的導(dǎo)波部件122l結(jié)合的其他導(dǎo)波部件122u。第二導(dǎo)波路裝置100b的導(dǎo)波部件122l以及導(dǎo)電性桿124l配置在第三導(dǎo)電部件140上。第二導(dǎo)波路裝置100b具有與第一導(dǎo)波路裝置100a的結(jié)構(gòu)基本相同的結(jié)構(gòu)。

在第一導(dǎo)波路裝置100a中的第一導(dǎo)電部件110設(shè)置有包圍各縫隙112的側(cè)壁114。側(cè)壁114形成了調(diào)整縫隙112的定向性的喇叭。該例子中的縫隙112的個數(shù)以及排列只是例示性例子。縫隙112的方向以及形狀也不限定于圖示的例子。喇叭的側(cè)壁114的傾斜的有無和角度以及喇叭的形狀也不限定于圖示的例子。

圖21是表示第一導(dǎo)波路裝置100a中的導(dǎo)波部件122u的平面布局的圖。圖22是表示第二導(dǎo)波路裝置100b中的導(dǎo)波部件122l的平面布局的圖。由這些圖明確可知，第一導(dǎo)波路裝置100a中的導(dǎo)波部件122u呈直線狀延伸，不具有分支部和彎曲部，但是第二導(dǎo)波路裝置100b中的導(dǎo)波部件122l具有分支部以及彎曲部這兩者。作為導(dǎo)波路裝置的基本結(jié)構(gòu)，第二導(dǎo)波路裝置100b中的“第二導(dǎo)電部件120”和“第三導(dǎo)電部件140”的組合相當于第一導(dǎo)波路裝置100a中的“第一導(dǎo)電部件110”和“第二導(dǎo)電部件120”的組合。

圖示的陣列天線的特征點在于，各導(dǎo)電性桿124l的形狀具有圖8a以及圖8b所示的形狀。因此，提高了導(dǎo)波部件122l的分支部以及彎曲部中的阻抗匹配度。

另外，導(dǎo)電性桿124l的形狀并不限定于圖8a以及圖8b所示的例子。如上所述，導(dǎo)電性桿124l的形狀、大小以及排列圖案能夠多樣化。

再次參照圖21以及圖22。第一導(dǎo)波路裝置100a中的導(dǎo)波部件122u穿過第二導(dǎo)電部件120所具有的端口(開口部)145u與第二導(dǎo)波路裝置100b中的導(dǎo)波部件122l結(jié)合。換句話說，在第二導(dǎo)波路裝置100b的導(dǎo)波部件122l中傳播的電磁波能夠穿過端口145u到達第一導(dǎo)波路裝置100a的導(dǎo)波部件122u，并在第一導(dǎo)波路裝置100a的導(dǎo)波部件122u中傳播。此時，各縫隙112作為將在導(dǎo)波路中傳播來的電磁波朝向空間發(fā)射的天線元件發(fā)揮功能。相反，若在空間中傳播來的電磁波入射至縫隙112，則該電磁波與位于縫隙112的正下方的第一導(dǎo)波路裝置100a的導(dǎo)波部件122u結(jié)合，并在第一導(dǎo)波路裝置100a的導(dǎo)波部件122u中傳播。在第一導(dǎo)波路裝置100a的導(dǎo)波部件122u中傳播來的電磁波還能夠穿過端口145u到達第二導(dǎo)波路裝置100b的導(dǎo)波部件122l，并在第二導(dǎo)波路裝置100b的導(dǎo)波部件122l中傳播。第二導(dǎo)波路裝置100b的導(dǎo)波部件122l能夠經(jīng)由第三導(dǎo)電部件140的端口145l與位于外部的導(dǎo)波路裝置或高頻電路(電子回路)結(jié)合。在圖22中作為一個例子表示了與端口145l連接的電子回路200。電子回路200并不限定在特定的位置，可以配置在任意位置。電子回路200例如能夠配置在第三導(dǎo)電部件140的背面?zhèn)?圖20b中的下側(cè))的電路基板。這種電子回路例如能夠為生成毫米波的mmic(monolithicmicrowaveintegratedcircuit：單片微波集成電路)。

能夠?qū)D20a所示的第一導(dǎo)電部件110稱作“發(fā)射層”。并且，也可以將圖21所示的第二導(dǎo)電部件120、導(dǎo)波部件122u以及導(dǎo)電性桿124u的整體稱作“激振層”，將圖22所示的第三導(dǎo)電部件140、導(dǎo)波部件122l以及導(dǎo)電性桿124l的整體稱作“分配層”。并且，也可以將“激振層”和“分配層”統(tǒng)稱為“供電層”?！鞍l(fā)射層”、“激振層”以及“分配層”能夠分別通過對一張金屬板進行加工來量產(chǎn)。

由圖20b可知，在該例子中的陣列天線中層疊有板狀的發(fā)射層、激振層以及分配層，因此整體實現(xiàn)了平坦并且低輪廓(lowprofile)的平板天線。例如，能夠?qū)⒕哂袌D20b所示的截面結(jié)構(gòu)的層疊結(jié)構(gòu)體的高度(厚度)設(shè)定為10mm以下。

根據(jù)圖22所示的導(dǎo)波部件122l，從第三導(dǎo)電部件140的端口145l到第二導(dǎo)電部件120的各端口145u(參照圖21)的距離全部設(shè)定為相等的值。因此，從第三導(dǎo)電部件140的端口145l輸入至導(dǎo)波部件122l的信號波以相同的相位分別到達第二導(dǎo)電部件120的四個端口145u。其結(jié)果是，配置在第二導(dǎo)電部件120上的四個導(dǎo)波部件122u能夠以相同的相位激振。

另外，作為天線元件發(fā)揮功能的所有縫隙112無需以相同的相位發(fā)射電磁波。導(dǎo)波部件122u以及122l在激振層以及分配層中的網(wǎng)絡(luò)模式是任意的，也可以構(gòu)成為各導(dǎo)波部件122u以及122l獨立地傳播相互不同的信號。

該例中的第一導(dǎo)波路裝置100a的導(dǎo)波部件122u不具有分支部和彎曲部，但是作為激振層發(fā)揮功能的導(dǎo)波路裝置也可以包含具有分支部以及彎曲部中的至少一方的導(dǎo)波部件。如上所述，導(dǎo)波路裝置內(nèi)的所有導(dǎo)電性桿無需具有相同的形狀。

＜其他變形例＞

接著，對導(dǎo)波部件122、導(dǎo)電部件110、120以及導(dǎo)電性桿124的變形例進行說明。

圖23a是表示只有導(dǎo)波部件122的作為上表面的導(dǎo)波面122a具有導(dǎo)電性而導(dǎo)波部件122的除導(dǎo)波面122a以外的部分不具有導(dǎo)電性的結(jié)構(gòu)例的剖視圖。第一導(dǎo)電部件110以及第二導(dǎo)電部件120也同樣只有導(dǎo)波部件122所在的一側(cè)的表面(導(dǎo)電性表面110a、120a)具有導(dǎo)電性，其他部分不具有導(dǎo)電性。如此一來，導(dǎo)波部件122、第一導(dǎo)電部件110以及第二導(dǎo)電部件120各自的整體也可以不具有導(dǎo)電性。

圖23b是表示導(dǎo)波部件122未形成于第二導(dǎo)電部件120上的變形例的圖。在該例子中，導(dǎo)波部件122固定于支承第一導(dǎo)電部件110和第二導(dǎo)電部件120的支承部件(例如，殼體外周部的壁等)。在導(dǎo)波部件122與第二導(dǎo)電部件120之間存在間隙。如此一來，導(dǎo)波部件122也可以不與第二導(dǎo)電部件120連接。

圖23c是表示第二導(dǎo)電部件120、導(dǎo)波部件122以及多個導(dǎo)電性桿124分別在電介質(zhì)的表面涂層有金屬等導(dǎo)電性材料的結(jié)構(gòu)例的圖。第二導(dǎo)電部件120、導(dǎo)波部件122以及多個導(dǎo)電性桿124利用導(dǎo)體相互連接。另一方面，第一導(dǎo)電部件110由金屬等導(dǎo)電性材料構(gòu)成。

圖23d以及圖23e是表示在導(dǎo)電部件110、120、導(dǎo)波部件122以及導(dǎo)電性桿124各自的最表面具有電介質(zhì)層110b、120b的結(jié)構(gòu)例的圖。圖23d表示用電介質(zhì)層覆蓋作為導(dǎo)體的金屬制的導(dǎo)電部件的表面的結(jié)構(gòu)例。圖23e表示導(dǎo)電部件120具有用金屬等導(dǎo)體覆蓋樹脂等電介質(zhì)制的部件的表面、再用電介質(zhì)層覆蓋該金屬層的結(jié)構(gòu)的例子。覆蓋金屬表面的電介質(zhì)層既可以是樹脂等涂膜，也可以是通過該金屬氧化而生成的鈍化膜等氧化膜。

最表面的電介質(zhì)層增加在wrg導(dǎo)波路中傳播的電磁波的損耗。但是，能夠保護具有導(dǎo)電性的導(dǎo)電性表面110a、120a不腐蝕。并且，即使施加直流電壓以及頻率低到無法通過wrg導(dǎo)波路傳播的程度的交流電壓的導(dǎo)線配置在能夠與導(dǎo)電性桿124接觸的部位，也能夠防止短路。

圖23f是表示導(dǎo)波部件122的高度比導(dǎo)電性桿124的高度低且第一導(dǎo)電部件110的導(dǎo)電性表面110a向?qū)Рú考?22側(cè)突出的例子的圖。即使在這種結(jié)構(gòu)中，只要滿足圖4所示的尺寸范圍，也與前述的實施方式相同地動作。

圖24a是表示第一導(dǎo)電部件110的導(dǎo)電性表面110a具有曲面形狀的例子的圖。圖24b是進一步使第二導(dǎo)電部件120的導(dǎo)電性表面120a也具有曲面形狀的例子的圖。如這些例子，導(dǎo)電性表面110a、120a并不限定于平面形狀，也可以具有曲面形狀。

＜應(yīng)用例：車載雷達系統(tǒng)＞

接著，作為利用上述陣列天線的應(yīng)用例，對具有陣列天線的車載雷達系統(tǒng)的一個例子進行說明。用于車載雷達系統(tǒng)的發(fā)送波例如具有76千兆赫(ghz)帶的頻率，該發(fā)送波在自由空間中的波長λo為約4mm。

在汽車的防碰撞系統(tǒng)以及自動運行等安全技術(shù)中識別尤其在本車輛的前方行駛的一個或多個車輛(目標)是必不可少的。作為車輛的識別方法，以往開發(fā)出了使用雷達系統(tǒng)推斷入射波的方向的技術(shù)。

圖25表示本車輛500和與本車輛500在相同的車線上行駛的前方車輛502。本車輛500具有包含上述實施方式中的陣列天線的車載雷達系統(tǒng)。若本車輛500的車載雷達系統(tǒng)發(fā)射高頻的發(fā)送信號，則該發(fā)送信號到達前方車輛502并在前方車輛502反射，其一部分再回到本車輛500。車載雷達系統(tǒng)接收該信號，計算前方車輛502的位置、到前方車輛502的距離以及速度等。

圖26表示本車輛500的車載雷達系統(tǒng)510。車載雷達系統(tǒng)510配置在車內(nèi)。更具體地說，車載雷達系統(tǒng)510配置在后視鏡的與鏡面相反的一側(cè)的面。車載雷達系統(tǒng)510從車內(nèi)向車輛500的行進方向發(fā)射高頻的發(fā)送信號，并接收從行進方向入射的信號。

基于本應(yīng)用例的車載雷達系統(tǒng)510具有上述實施方式中的陣列天線。在本應(yīng)用例中，配置成多個導(dǎo)波部件各自的延伸的方向與鉛垂方向一致，多個導(dǎo)波部件的排列方向與水平方向一致。因此，能夠縮小從正面觀察多個縫隙時的橫向尺寸。作為包含上述陣列天線的天線裝置的尺寸的一個例子，橫×縱×深度為60×30×10mm。可以理解為76ghz帶的毫米波雷達系統(tǒng)的大小非常小。

另外，現(xiàn)有的大多車載雷達系統(tǒng)設(shè)置于車外，例如前車頭的頂端部。其理由是，因為車載雷達系統(tǒng)的大小比較大，很難如本公開那樣設(shè)置在車內(nèi)。另外，基于本應(yīng)用例的車載雷達系統(tǒng)510也可以裝設(shè)于前車頭頂端。由于在前車頭中減少了車載雷達系統(tǒng)所占的區(qū)域，因此容易配置其他零件。

根據(jù)本應(yīng)用例，由于能夠縮窄用于發(fā)送天線的多個導(dǎo)波部件(脊部)的間隔，因此也能夠縮窄與相鄰的多個導(dǎo)波部件相向設(shè)置的多個縫隙的間隔。由此，能夠抑制柵瓣的影響。例如，在將橫向相鄰的兩個縫隙的中心間隔設(shè)為小于發(fā)送波的波長λo(小于約4mm)的情況下，不會在前方發(fā)生柵瓣。由此，能夠抑制柵瓣的影響。另外，柵瓣在天線元件的排列間隔大于電磁波的波長的一半時出現(xiàn)。但是，若排列間隔小于波長，則不會在前方出現(xiàn)柵瓣。因此，如本應(yīng)用例，在構(gòu)成陣列天線的各天線元件只在前方具有靈敏度的情況下，只要天線元件的配置間隔小于波長，柵瓣就不會產(chǎn)生實質(zhì)性的影響。通過調(diào)整發(fā)送天線的陣列因子，能夠調(diào)整發(fā)送天線的定向性。也可以為了能夠個別調(diào)整在多個導(dǎo)波部件上傳輸?shù)碾姶挪ǖ南辔欢O(shè)置相移器。通過設(shè)置相移器，能夠?qū)l(fā)送天線的定向性改變?yōu)槿我夥较颉Ｓ捎谥苤嘁破鞯慕Y(jié)構(gòu)，因此省略其結(jié)構(gòu)的說明。

由于本應(yīng)用例中的接收天線能夠降低來源于柵瓣的反射波的接收，因此能夠提高以下說明的處理的精度。以下，對接收處理的一個例子進行說明。

圖27a表示車載雷達系統(tǒng)510的陣列天線aa與多個入射波k(k：1～k的整數(shù)，以下相同。k是存在于不同方位的目標的數(shù)量。)的關(guān)系。陣列天線aa具有呈直線狀排列的m個天線元件。原理上，天線能夠用于發(fā)送以及接收這兩者，因此陣列天線aa能夠包含發(fā)送天線以及接收天線這兩者。以下，對處理接收天線所接收的入射波的方法的例子進行說明。

陣列天線aa接收從各種角度同時入射的多個入射波。多個入射波中包含從相同的車載雷達系統(tǒng)510的發(fā)送天線發(fā)射并在目標反射的入射波。并且，多個入射波中還包含從其他車輛發(fā)射的直接或間接的入射波。

入射波的入射角度(即，表示入射方向的角度)表示以陣列天線aa的側(cè)面b為基準的角度。入射波的入射角度表示相對于與天線元件組所排列的直線方向垂直的方向的角度。

現(xiàn)在，關(guān)注第k個入射波?！暗趉個入射波”是指從存在于不同方位的k個目標向陣列天線入射k個入射波時，通過入射角θk識別的入射波。

圖27b表示接收第k個入射波的陣列天線aa。陣列天線aa接收的信號能夠以算式1的形式表現(xiàn)為具有m個要素的“矢量”。

(算式1)

s＝[s1、s2、……、sm]^t

在此，sm(m：1～m的整數(shù)，以下相同。)是第m個天線元件接收的信號的值。上標t是指倒置。s是列矢量。列矢量s根據(jù)通過陣列天線的結(jié)構(gòu)決定的方向矢量(稱作導(dǎo)向矢量或模式矢量。)與目標(還稱作波源或信號源。)中的表示信號的復(fù)矢量的乘積獲得。當波源的個數(shù)為k時，從各波源向每個天線元件入射的信號的波呈線形重疊。此時，sm能夠以算式2的形式表現(xiàn)。

[算式2]

算式2中的ak、θk以及φk分別表示第k個入射波的振幅、入射波的入射角度以及初始相位。λ表示入射波的波長，j是虛數(shù)單位。

由算式2可以理解，sm可以表現(xiàn)為由實部(re)和虛部(im)構(gòu)成的復(fù)數(shù)。

若考慮噪聲(內(nèi)部噪聲或熱噪聲)進一步一般化，則陣列接收信號x能夠以算式3的形式表現(xiàn)。

(算式3)

x＝s+n

n是噪聲的矢量表現(xiàn)。

信號處理電路使用算式3所示的陣列接收信號x求出入射波的自相關(guān)矩陣rxx(算式4)，再求出自相關(guān)矩陣rxx的各固有值。

[算式4]

在此，上標h表示復(fù)共軛轉(zhuǎn)置(厄米共軛)。

在求出的多個固有值中，具有通過熱噪聲規(guī)定的規(guī)定值以上的值的固有值(信號空間固有值)的個數(shù)與入射波的個數(shù)對應(yīng)。而且，通過計算反射波的入射方向的似然最大(成為最大似然)的角度，能夠確定目標的數(shù)量以及各目標存在的角度。該處理作為最大似然估計法是公知的。

接著，參照圖28。圖28是表示基于本公開的車輛行駛控制裝置600的基本結(jié)構(gòu)的一個例子的框圖。圖28所示的車輛行駛控制裝置600具有：裝配于車輛的雷達系統(tǒng)510；以及與雷達系統(tǒng)510連接的行駛支援電子控制裝置520。雷達系統(tǒng)510具有陣列天線aa和雷達信號處理裝置530。

陣列天線aa具有多個天線元件，多個天線元件分別響應(yīng)一個或多個入射波并輸出接收信號。如上所述，陣列天線aa還能夠發(fā)射高頻的毫米波。

在雷達系統(tǒng)510中，陣列天線aa需要安裝于車輛。但是，雷達信號處理裝置530的至少一部分功能也可以通過設(shè)置于車輛行駛控制裝置600的外部(例如本車輛的外部)的計算機550以及數(shù)據(jù)庫552實現(xiàn)。在該情況下，雷達信號處理裝置530中的位于車輛內(nèi)的部分能夠始終或隨時連接于設(shè)置在車輛的外部的計算機550以及數(shù)據(jù)庫552，以便能夠進行信號或數(shù)據(jù)的雙向通信。通信借助車輛所具有的通信設(shè)備540以及一般的通信網(wǎng)絡(luò)進行。

數(shù)據(jù)庫552也可以存儲規(guī)定各種信號處理算法的程序。雷達系統(tǒng)510的動作所需的數(shù)據(jù)以及程序的內(nèi)容能夠借助通信設(shè)備540從外部更新。如此一來，雷達系統(tǒng)510的至少一部分功能能夠在本車輛的外部(包含其他車輛的內(nèi)部)通過云計算的技術(shù)實現(xiàn)。因此，本公開中的“車載”的雷達系統(tǒng)無需所有構(gòu)成元件裝設(shè)于車輛。但是，在本申請中，為了方便起見，只要沒有另外說明，對本公開的所有構(gòu)成要素裝設(shè)于一臺車輛(本車輛)的方式進行說明。

雷達信號處理裝置530具有信號處理電路560。該信號處理電路560從陣列天線aa直接或間接地接收接收信號，并將接收信號或由接收信號生成的二次信號輸入到入射波推斷單元au。由接收信號生成二次信號的電路(未圖示)的一部分或全部無需設(shè)置于信號處理電路560的內(nèi)部。這種電路(前處理電路)的一部分或全部也可以設(shè)置在陣列天線aa與雷達信號處理裝置530之間。

信號處理電路560構(gòu)成為利用接收信號或二次信號進行運算，并輸出表示入射波的個數(shù)的信號。在此，“表示入射波的個數(shù)的信號”能夠稱作表示在本車輛的前方行駛的一個或多個前方車輛的數(shù)量的信號。

該信號處理電路560構(gòu)成為執(zhí)行公知的雷達信號處理裝置所執(zhí)行的各種信號處理即可。例如，信號處理電路560能夠構(gòu)成為執(zhí)行music(多重信號分類)法、esprit(利用旋轉(zhuǎn)不變因子技術(shù)來推斷信號參數(shù))法以及sage(空間交替期望最大化)法等“超分辨率算法”(超分辨率法)或分辨率相對低的其他入射方向推斷算法。

圖28所示的入射波推斷單元au通過任意的入射方向推斷算法推斷表示入射波的方位的角度，并輸出表示推斷結(jié)果的信號。信號處理電路560的入射波推斷單元au通過公知的算法推斷到作為入射波的波源的目標的距離、目標的相對速度以及目標的方位，并輸出表示推斷結(jié)果的信號。

本公開中的“信號處理電路”這個術(shù)語并不限定于單獨的電路，也包括將多個電路的組合概括地理解為一個功能元件的形態(tài)。信號處理電路560也可以通過一個或多個片上系統(tǒng)(soc)實現(xiàn)。例如，信號處理電路560的一部分或全部也可以為可編程邏輯設(shè)備(pld)、即fpga(field-programmablegatearray：現(xiàn)場可編程門陣列)。在該情況下，信號處理電路560包含多個運算元件(例如，通用邏輯以及乘法器)以及多個存儲元件(例如，查詢表或存儲模塊)。或者，信號處理電路560也可以為通用處理器以及主存儲裝置的集合。信號處理電路560也可以為包含處理器內(nèi)核和存儲器的電路。這些能夠作為信號處理電路560發(fā)揮功能。

行駛支援電子控制裝置520構(gòu)成為根據(jù)從雷達信號處理裝置530輸出的各種信號進行車輛的行駛支援。行駛支援電子控制裝置520對各種電子控制單元進行指示，以使各種電子控制單元發(fā)揮規(guī)定的功能。規(guī)定的功能例如包括：在到前方車輛的距離(車間距離)比預(yù)先設(shè)定的值小時發(fā)出警報來催促駕駛員進行制動操作的功能；控制制動器的功能；以及控制油門的功能。例如，在進行本車輛的自適應(yīng)巡航控制的動作模式時，行駛支援電子控制裝置520向各種電子控制單元(未圖示)以及致動器發(fā)送規(guī)定的信號，將從本車輛到前方車輛的距離維持在預(yù)先設(shè)定的值，或者將本車輛的行駛速度維持在預(yù)先設(shè)定的值。

在基于music法的情況下，信號處理電路560求出自相關(guān)矩陣的各固有值，輸出表示這些固有值中的比通過熱噪聲決定的規(guī)定值(熱噪聲功率)大的固有值(信號空間固有值)的個數(shù)的信號，以作為表示入射波的個數(shù)的信號。

接著，參照圖29。圖29是表示車輛行駛控制裝置600的結(jié)構(gòu)的其他例子的框圖。圖29的車輛行駛控制裝置600中的雷達系統(tǒng)510具有：包含接收專用的陣列天線(還稱作接收天線)rx以及發(fā)送專用的陣列天線(還稱作發(fā)送天線)tx的陣列天線aa；以及物體檢測裝置570。

發(fā)送天線tx以及接收天線rx中的至少一方具有上述的導(dǎo)波路結(jié)構(gòu)。發(fā)送天線tx例如發(fā)射作為毫米波的發(fā)送波。接收專用的接收天線rx響應(yīng)一個或多個入射波(例如毫米波)輸出接收信號。

收發(fā)電路580向發(fā)送天線tx發(fā)送用于發(fā)送波的發(fā)送信號，并且進行基于由接收天線rx接收的接收波的接收信號的“前處理”。前處理的一部分或全部也可以通過雷達信號處理裝置530的信號處理電路560執(zhí)行。收發(fā)電路580進行的前處理的典型例子可以包括：由接收信號生成差頻信號；以及將模擬形式的接收信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式的接收信號。

另外，基于本公開的雷達系統(tǒng)并不限定于裝設(shè)在車輛的方式的例子，能夠固定于道路或建筑物來使用。

接著，對車輛行駛控制裝置600的更具體的結(jié)構(gòu)例進行說明。

圖30是表示車輛行駛控制裝置600的更具體的結(jié)構(gòu)例的框圖。圖30所示的車輛行駛控制裝置600具有雷達系統(tǒng)510和車載攝像頭系統(tǒng)700。雷達系統(tǒng)510具有陣列天線aa、與陣列天線aa連接的收發(fā)電路580以及信號處理電路560。

車載攝像頭系統(tǒng)700具有：裝設(shè)于車輛的車載攝像頭710；以及對通過車載攝像頭710獲取的圖像或影像進行處理的圖像處理電路720。

本應(yīng)用例中的車輛行駛控制裝置600具有：與陣列天線aa以及車載攝像頭710連接的物體檢測裝置570；以及與物體檢測裝置570連接的行駛支援電子控制裝置520。該物體檢測裝置570除了包含前述的雷達信號處理裝置530(包含信號處理電路560)之外，還包含收發(fā)電路580以及圖像處理電路720。物體檢測裝置570不僅利用通過雷達系統(tǒng)510獲得的信息，還能夠利用通過圖像處理電路720獲得的信息檢測道路上或道路附近的目標。例如，本車輛在同一方向的兩條以上的車線中的任意一條車線上行駛時，能夠通過圖像處理電路720判別本車輛行駛的車線是哪條車線，并將該判別的結(jié)果提供給信號處理電路560。信號處理電路560在通過規(guī)定的入射方向推斷算法(例如music法)識別前方車輛的數(shù)量以及方位時，能夠通過參照來自圖像處理電路720的信息對于前方車輛的配置提供可靠度更高的信息。

另外，車載攝像頭系統(tǒng)700是確定本車輛行駛的車線是哪條車線的構(gòu)件的一個例子。也可以利用其他構(gòu)件確定本車輛的車線位置。例如，能夠利用超寬帶無線技術(shù)(uwb：ultrawideband)確定本車輛在多條車線中的哪條車線上行駛。周知超寬帶無線技術(shù)能夠用作位置測定和/或雷達。若利用超寬帶無線技術(shù)，則由于雷達的距離分辨率增高，因此即使前方存在多臺車輛的情況下，也能夠根據(jù)距離的差將每個目標區(qū)別來檢測。因此，能夠高精度地確定路肩的護欄或與中央分離帶之間的距離。各車線的寬度已在各國的法律等中預(yù)先規(guī)定。利用這些信息，能夠確定本車輛在當前行駛中的車線的位置。另外，超寬帶無線技術(shù)是一個例子。也可以利用基于其他無線的電波。并且，也可以利用激光雷達。

陣列天線aa能夠為通常的車載用毫米波陣列天線。本應(yīng)用例中的發(fā)送天線tx向車輛的前方發(fā)射毫米波作為發(fā)送波。發(fā)送波的一部分典型地通過作為前方車輛的目標反射。由此，產(chǎn)生以目標為波源的反射波。反射波的一部分作為入射波到達陣列天線(接收天線)aa。構(gòu)成陣列天線aa的多個天線元件分別響應(yīng)一個或多個入射波并輸出接收信號。在作為反射波的波源發(fā)揮功能的目標的個數(shù)為k個(k為1以上的整數(shù))的情況下，入射波的個數(shù)為k個，但入射波的個數(shù)k并非已知的數(shù)。

在圖28的例子中，雷達系統(tǒng)510包含陣列天線aa在內(nèi)一體配置于后視鏡。但是，陣列天線aa的個數(shù)以及位置并不限定于特定的個數(shù)以及特定的位置。陣列天線aa也可以配置于車輛的后面，以便能夠檢測位于車輛的后方的目標。并且，還可以在車輛的前面或后面配置多個陣列天線aa。陣列天線aa也可以配置在車輛的室內(nèi)。即使在采用各天線元件具有上述喇叭的喇叭天線作為陣列天線aa的情況下，具有這種天線元件的陣列天線也能夠配置在車輛的室內(nèi)。

信號處理電路560接收接收信號并進行處理，該接收信號通過接收天線rx接收并通過收發(fā)電路580進行前處理。該處理包括：將接收信號輸入至入射波推斷單元au的情況；或由接收信號生成二次信號并將二次信號輸入至入射波推斷單元au的情況。

在圖30的例子中，在物體檢測裝置570內(nèi)設(shè)置有選擇電路596，選擇電路596接收從信號處理電路560輸出的信號以及從圖像處理電路720輸出的信號。選擇電路596向行駛支援電子控制裝置520提供從信號處理電路560輸出的信號以及從圖像處理電路720輸出的信號中的一方或雙方。

圖31是表示本應(yīng)用例中的雷達系統(tǒng)510的更詳細的結(jié)構(gòu)例的框圖。

如圖31所示，陣列天線aa具有：進行毫米波的發(fā)送的發(fā)送天線tx；以及接收由目標反射來的入射波的接收天線rx。附圖上設(shè)置有一個發(fā)送天線tx，但也可以設(shè)置特性不同的兩種以上的發(fā)送天線。陣列天線aa具有m個(m為3以上的整數(shù))天線元件111、112、……、11m。多個天線元件111、112、……、11m分別響應(yīng)入射波并輸出接收信號s1、s2、……、sm(圖27b)。

在陣列天線aa中，天線元件111～11m例如隔著固定的間隔呈直線狀或面狀排列。入射波從角度θ的方向入射至陣列天線aa，該角度θ是入射波與排列有天線元件111～11m的面的法線形成的角度。因此，入射波的入射方向根據(jù)該角度θ規(guī)定。

當來自一個目標的入射波入射至陣列天線aa時，能夠與平面波從相同的角度θ的方位入射至天線元件111～11m的情況近似。當從位于不同方位的k個目標向陣列天線aa入射k個入射波時，能夠根據(jù)相互不同的角度θ1～θk識別每個入射波。

如圖31所示，物體檢測裝置570包含收發(fā)電路580和信號處理電路560。

收發(fā)電路580具有三角波生成電路581、vco(voltage-controlled-oscillator：壓控振蕩器)582、分配器583、混頻器584、濾波器585、開關(guān)586、a/d轉(zhuǎn)換器(交流/直流轉(zhuǎn)換器)587以及控制器588。本應(yīng)用例中的雷達系統(tǒng)構(gòu)成為通過fmcw(頻率調(diào)制連續(xù)波)方式進行毫米波的收發(fā)，但本公開的雷達系統(tǒng)并不限定于該方式。收發(fā)電路580構(gòu)成為根據(jù)來自陣列天線aa的接收信號和用于發(fā)送天線tx的發(fā)送信號生成差頻信號。

信號處理電路560具有距離檢測部533、速度檢測部534以及方位檢測部536。信號處理電路560構(gòu)成為對來自收發(fā)電路580的a/d轉(zhuǎn)換器587的信號進行處理，并分別輸出表示到檢測出的目標的距離、目標的相對速度、目標的方位的信號。

首先，對收發(fā)電路580的結(jié)構(gòu)以及動作進行詳細說明。

三角波生成電路581生成三角波信號并提供給vco582。vco582輸出具有根據(jù)三角波信號調(diào)制的頻率的發(fā)送信號。圖32表示根據(jù)三角波生成電路581生成的信號調(diào)制的發(fā)送信號的頻率變化。該波形的調(diào)制寬度為δf，中心頻率為f0。這樣被調(diào)制頻率后的發(fā)送信號被提供給分配器583。分配器583將從vco582獲得的發(fā)送信號分配給各混頻器584以及發(fā)送天線tx。這樣一來，發(fā)送天線發(fā)射具有如圖32所示那樣呈三角波狀調(diào)制了的頻率的毫米波。

在圖32中除了記載發(fā)送信號之外，還記載了基于通過單獨的前方車輛反射來的入射波的接收信號的例子。接收信號相比于發(fā)送信號延遲。該延遲同本車輛與前方車輛的距離成比例。并且，接收信號的頻率通過多普勒效應(yīng)與前方車輛的相對速度相應(yīng)地增減。

若將接收信號與發(fā)送信號混合，則根據(jù)頻率的差異生成差頻信號。該差頻信號的頻率(拍頻)在發(fā)送信號的頻率增加的期間(上行)與發(fā)送信號的頻率減小的期間(下行)不同。若求各期間的拍頻，則根據(jù)這些拍頻計算出到目標的距離和目標的相對速度。

圖33表示“上行”期間的拍頻fu以及“下行”期間的拍頻fd。在圖33的圖表中，橫軸為頻率，縱軸為信號強度。這種圖表通過進行差頻信號的時間-頻率轉(zhuǎn)換而獲得。若獲得拍頻fu、fd，則根據(jù)公知的算式計算出到目標的距離和目標的相對速度。在本應(yīng)用例中，能夠通過以下說明的結(jié)構(gòu)以及動作求出與陣列天線aa的各天線元件對應(yīng)的拍頻，并根據(jù)該拍頻推斷出目標的位置信息。

在圖31所示的例子中，來自與各天線元件111～11m對應(yīng)的信道ch1～chm的接收信號通過放大器放大，并輸入到對應(yīng)的混頻器584。各混頻器584將發(fā)送信號與放大了的接收信號混合。通過該混合而生成對應(yīng)于接收信號與發(fā)送信號之間的頻率差的差頻信號。生成了的差頻信號被提供給對應(yīng)的濾波器585。濾波器585進行信道ch1～chm的差頻信號的頻帶限制，并將進行了頻帶限制的差頻信號提供給開關(guān)586。

開關(guān)586響應(yīng)從控制器588輸入的采樣信號執(zhí)行切換?？刂破?88例如能夠由微型計算機構(gòu)成?？刂破?88根據(jù)存儲于rom(只讀存儲器)等存儲器中的計算機程序控制收發(fā)電路580整體?？刂破?88無需設(shè)置于收發(fā)電路580的內(nèi)部，也可以設(shè)置在信號處理電路560的內(nèi)部。即，收發(fā)電路580也可以按照來自信號處理電路560的控制信號動作。或者，也可以通過控制收發(fā)電路580以及信號處理電路560整體的中央運算單元等實現(xiàn)控制器588的一部分或全部功能。

通過了各個濾波器585的信道ch1～chm的差頻信號借助開關(guān)586依次提供給a/d轉(zhuǎn)換器587。a/d轉(zhuǎn)換器587將從開關(guān)586輸入的信道ch1～chm的差頻信號與采樣信號同步轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。

以下，對信號處理電路560的結(jié)構(gòu)以及動作進行詳細說明。在本應(yīng)用例中，通過fmcw方式推斷到目標的距離以及目標的相對速度。雷達系統(tǒng)并不限定于以下說明的fmcw方式，還能夠利用雙頻cw(雙頻連續(xù)波)或展頻等其他方式實施。

在圖31所示的例子中，信號處理電路560具有存儲器531、接收強度計算部532、距離檢測部533、速度檢測部534、dbf(數(shù)字波束形成)處理部535、方位檢測部536、目標轉(zhuǎn)移處理部537、相關(guān)矩陣生成部538、目標輸出處理部539以及入射波推斷單元au。如上所述，信號處理電路560的一部分或全部既可以通過fpga實現(xiàn)，也可以通過通用處理器以及主存儲裝置的集合實現(xiàn)。存儲器531、接收強度計算部532、dbf處理部535、距離檢測部533、速度檢測部534、方位檢測部536、目標轉(zhuǎn)移處理部537以及入射波推斷單元au既可以分別是通過單獨的硬件實現(xiàn)的各個元件，也可以是一個信號處理電路中的功能上的模塊。

圖34表示信號處理電路560通過具有處理器pr以及存儲裝置md的硬件實現(xiàn)的方式的例子。具有這種結(jié)構(gòu)的信號處理電路560也能夠通過存儲于存儲裝置md中的計算機程序的工作發(fā)揮圖31所示的接收強度計算部532、dbf處理部535、距離檢測部533、速度檢測部534、方位檢測部536、目標轉(zhuǎn)移處理部537、相關(guān)矩陣生成部538以及入射波推斷單元au的功能。

本應(yīng)用例中的信號處理電路560構(gòu)成為將轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的各差頻信號作為接收信號的二次信號推斷前方車輛的位置信息，并輸出表示推斷結(jié)果的信號。以下，對本應(yīng)用例中的信號處理電路560的結(jié)構(gòu)以及動作進行詳細說明。

信號處理電路560內(nèi)的存儲器531按信道ch1～chm存儲從a/d轉(zhuǎn)換器587輸出的數(shù)字信號。存儲器531例如能夠由半導(dǎo)體存儲器、硬盤和/或光盤等一般的存儲介質(zhì)構(gòu)成。

接收強度計算部532對存儲于存儲器531中的每一個信道ch1～chm的差頻信號(圖32的下圖)進行傅里葉變換。在本說明書中，將傅里葉變換后的復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)的振幅稱作“信號強度”。接收強度計算部532將多個天線元件中的任一天線元件的接收信號的復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)或多個天線元件全部的接收信號的復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)的相加值轉(zhuǎn)換為頻譜。這樣一來，能夠檢測與所獲得的頻譜的各峰值對應(yīng)的拍頻，即依賴于距離的目標(前方車輛)的存在。若對所有天線元件的接收信號的復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)進行加法運算，則使噪聲分量平均化，因此提高s/n比(信噪比)。

在目標、即前方車輛為一個的情況下，傅里葉變換的結(jié)果是，如圖33所示那樣在頻率增加的期間(“上行”期間)以及減小的期間(“下行”期間)分別獲得具有一個峰值的頻譜。將“上行”期間的峰值的拍頻設(shè)為“fu”，將“下行”期間的峰值的拍頻設(shè)為“fd”。

接收強度計算部532根據(jù)每一個拍頻的信號強度檢測超過預(yù)先設(shè)定的數(shù)值(閾值)的信號強度，由此判斷為存在目標。接收強度計算部532在檢測出信號強度的峰的情況下，向距離檢測部533、速度檢測部534輸出峰值的拍頻(fu、fd)作為對象物頻率。接收強度計算部532向距離檢測部533輸出表示頻率調(diào)制寬度δf的信息，并向速度檢測部534輸出表示中心頻率f0的信息。

接收強度計算部532在檢測出與多個目標對應(yīng)的信號強度的峰的情況下，根據(jù)預(yù)先規(guī)定的條件將上行的峰值和下行的峰值關(guān)聯(lián)起來。對判斷為來自同一目標的信號的峰賦予同一編號，并提供給距離檢測部533以及速度檢測部534。

在存在多個目標的情況下，在傅里葉變換之后，在差頻信號的上行部分和差頻信號的下行部分分別呈現(xiàn)與目標的數(shù)量相同的數(shù)量的峰。由于接收信號同雷達與目標的距離成比例地延遲，圖32中的接收信號向右方向移位，因此雷達與目標的距離越遠離，差頻信號的頻率越大。

距離檢測部533根據(jù)從接收強度計算部532輸入的拍頻fu、fd通過下述算式計算距離r，并提供給目標轉(zhuǎn)移處理部537。

r＝{c·t/(2·δf)}·{(fu+fd)/2}

并且，速度檢測部534根據(jù)從接收強度計算部532輸入的拍頻fu、fd通過下述算式計算相對速度v，并提供給目標轉(zhuǎn)移處理部537。

v＝{c/(2·f0)}·{(fu-fd)/2}

在計算距離r以及相對速度v的算式中，c為光速度，t為調(diào)制周期。

另外，距離r的分辨率下限值用c/(2δf)表示。因此，δf越大，距離r的分辨率越高。在頻率f0為76ghz帶的情況下，在將δf設(shè)定為660兆赫(mhz)左右時，距離r的分辨率例如為0.23米(m)左右。因此，在兩臺前方車輛并行時，有時很難通過fmcw方式識別車輛是一臺還是兩臺。在這種情況下，只要執(zhí)行角度分辨率極高的入射方向推斷算法，就能夠?qū)膳_前方車輛的方位分離來檢測。

dbf處理部535利用天線元件111、112、……、11m中的信號的相位差在天線元件的排列方向上對復(fù)數(shù)據(jù)進行傅里葉變換，該復(fù)數(shù)據(jù)在被輸入的與各天線對應(yīng)的時間軸上進行傅里葉變換而得。然后，dbf處理部535計算空間復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)，并按照每一個拍頻輸出至方位檢測部536，該空間復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)表示與角度分辨率對應(yīng)的每一個角度信道的頻譜的強度。

方位檢測部536為了推斷前方車輛的方位而設(shè)置。方位檢測部536向目標轉(zhuǎn)移處理部537輸出角度θ作為對象物存在的方位，該角度θ在計算出的每一個拍頻的空間復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)的值的大小中取最大的值。

另外，推斷表示入射波的入射方向的角度θ的方法并不限定于該例子。能夠利用前述的各種入射方向推斷算法進行。

目標轉(zhuǎn)移處理部537分別計算當前計算出的對象物的距離、相對速度、方位的值與在從存儲器531讀出的一個循環(huán)之前計算出的對象物的距離、相對速度、方位的值的差分的絕對值。然后，當差分的絕對值小于已按照每一個值確定的值時，目標轉(zhuǎn)移處理部537判定為在一個循環(huán)之前檢測出的目標與當前檢測出的目標相同。在該情況下，目標轉(zhuǎn)移處理部537增加一次從存儲器531讀出的該目標的轉(zhuǎn)移處理次數(shù)。

在差分的絕對值大于已確定的值的情況下，目標轉(zhuǎn)移處理部537判斷為檢測出了新的對象物。目標轉(zhuǎn)移處理部537將當前的對象物的距離、相對速度、方位以及該對象物的目標轉(zhuǎn)移處理次數(shù)保存于存儲器531中。

在信號處理電路560中，能夠利用頻譜檢測與對象物的距離以及相對速度，該頻譜對根據(jù)所接收的反射波生成的信號、即差頻信號進行頻率分析而獲得。

相關(guān)矩陣生成部538利用存儲于存儲器531中的每一個信道ch1～chm的差頻信號(圖32的下圖)求出自相關(guān)矩陣。在算式4的自相關(guān)矩陣中，各矩陣的分量是通過差頻信號的實部以及虛部表現(xiàn)的值。相關(guān)矩陣生成部538進一步求出自相關(guān)矩陣rxx的各固有值，并向入射波推斷單元au輸入所獲得的固有值的信息。

接收強度計算部532在檢測出多個與多個對象物對應(yīng)的信號強度的峰的情況下，按照上行的部分以及下行的部分的每一個峰值從頻率小的峰開始依次標注編號，并輸出至目標輸出處理部539。在此，在上行以及下行的部分中，相同編號的峰與相同的對象物對應(yīng)，將每一個識別編號設(shè)為對象物的編號。另外，為了避免繁雜化，在圖31中省略記載了從接收強度計算部532向目標輸出處理部539引出的引出線。

在對象物為前方結(jié)構(gòu)物的情況下，目標輸出處理部539輸出該對象物的識別編號作為目標。目標輸出處理部539在接收多個對象物的判定結(jié)果，且其均為前方結(jié)構(gòu)物的情況下，輸出位于本車輛的車線上的對象物的識別編號作為目標存在的物體位置信息。并且，目標輸出處理部539在接收多個對象物的判定結(jié)果，且其均為前方結(jié)構(gòu)物的情況下，并且在兩個以上的對象物位于本車輛的車線上的情況下，輸出從存儲器531讀出的目標轉(zhuǎn)移處理次數(shù)多的對象物的識別編號作為目標存在的物體位置信息。

再次參照圖30，對車載雷達系統(tǒng)510組裝于圖30所示的結(jié)構(gòu)例的情況的例子進行說明。圖像處理電路720(圖30)從影像獲取物體的信息，并根據(jù)該物體的信息檢測目標位置信息。圖像處理電路720例如如下構(gòu)成：檢測所獲取的影像內(nèi)的對象的深度值來推斷物體的距離信息，或者根據(jù)影像的特征量檢測物體大小的信息等，由此檢測預(yù)先設(shè)定的物體的位置信息。

選擇電路596將從信號處理電路560以及圖像處理電路720接收的位置信息選擇性地提供給行駛支援電子控制裝置520。選擇電路596例如比較第一距離與第二距離，判定哪一個是與本車輛近的距離，第一距離是信號處理電路560的物體位置信息所含的從本車輛到檢測出的物體的距離，第二距離是圖像處理電路720的物體位置信息所含的從本車輛到檢測出的物體的距離。例如，根據(jù)判定的結(jié)果，選擇電路596能夠選擇離本車輛近的物體位置信息并輸出至行駛支援電子控制裝置520。另外，在判定的結(jié)果為第一距離以及第二距離為相同值的情況下，選擇電路596能夠?qū)⑵渲械娜我环交螂p方輸出至行駛支援電子控制裝置520。

另外，在從接收強度計算部532輸入了不存在目標候補的信息的情況下，目標輸出處理部539(圖31)視為不存在目標，并輸出零作為物體位置信息。而且，選擇電路596通過根據(jù)來自目標輸出處理部539的物體位置信息與預(yù)先設(shè)定的閾值進行比較，選擇是否使用信號處理電路560或者圖像處理電路720的物體位置信息。

通過物體檢測裝置570接收了前方物體的位置信息的行駛支援電子控制裝置520根據(jù)預(yù)先設(shè)定的條件與物體位置信息的距離和大小、本車輛的速度、降雨、降雪、晴天等的路面狀態(tài)等條件，以對于駕駛本車輛的駕駛員來說，操作變得安全或容易的方式進行控制。例如，在物體位置信息中未檢測出物體的情況下，行駛支援電子控制裝置520向油門控制電路526發(fā)送控制信號，以加速至預(yù)先設(shè)定的速度，并控制油門控制電路526而進行與踩油門踏板同等的動作。

在物體位置信息中檢測到物體的情況下，若獲知離本車輛具有規(guī)定的距離，則行駛支援電子控制裝置520通過線控制動等結(jié)構(gòu)借助制動器控制電路524進行制動器的控制。即，以減速并將車間距離保持固定的方式操作。行駛支援電子控制裝置520接收物體位置信息，并將控制信號發(fā)送給警告控制電路522，控制聲音或燈的點亮，以便借助車內(nèi)揚聲器將前方物體靠近的消息通知給駕駛員。行駛支援電子控制裝置520接收包含前方車輛的配置的物體位置信息，若為預(yù)先設(shè)定的行駛速度的范圍，就能夠控制轉(zhuǎn)向側(cè)的液壓，以便為了進行與前方物體的碰撞避免支援而容易向左右任一方向自動操作轉(zhuǎn)向，或者強制性改變車輪的方向。

在物體檢測裝置570中，若通過選擇電路596在前一次檢測循環(huán)中連續(xù)固定時間檢測出的物體位置信息的數(shù)據(jù)，對當前檢測循環(huán)中未能檢測出的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)通過攝像頭檢測出的來自攝像頭影像的表示前方物體的物體位置信息，則也可以進行使追蹤繼續(xù)的判斷，并優(yōu)先輸出來自信號處理電路560的物體位置信息。

在日本特開2014-119348號公報中公開了用于使選擇電路596選擇信號處理電路560以及圖像處理電路720的輸出的具體結(jié)構(gòu)例以及動作例。該公報的內(nèi)容全部引用于本說明書中。

＜應(yīng)用例的第一變形例＞

在上述應(yīng)用例的車載用雷達系統(tǒng)中，調(diào)制連續(xù)波fmcw的調(diào)制一次頻率的(掃描)條件、即調(diào)制所需的時間寬度(掃描時間)例如為1毫秒。但是，還能夠?qū)呙钑r間縮短到100微妙左右。

但是，為了實現(xiàn)這種高速的掃描條件，不但需要使與發(fā)送波的發(fā)射相關(guān)的構(gòu)成要素高速動作，而且還需要使該掃描條件下的與接收相關(guān)的構(gòu)成要素高速動作。例如，需要設(shè)置在該掃描條件下高速動作的a/d轉(zhuǎn)換器587(圖31)。a/d轉(zhuǎn)換器587的采樣頻率例如為10mhz。采樣頻率也可以比10mhz快。

在本變形例中，不利用基于多普勒轉(zhuǎn)換的頻率分量地計算與目標的相對速度。在本實施方式中，掃描時間tm＝100微妙，非常短。由于可檢測的差頻信號的最低頻率為1/tm，因此在該情況下為10khz。這相當于來自具有大致20m/秒的相對速度的目標的反射波的多普勒轉(zhuǎn)換。即，只要依賴多普勒轉(zhuǎn)換，就無法檢測20m/秒以下的相對速度。因此，本申請發(fā)明人判斷出適宜地采用與基于多普勒轉(zhuǎn)換的計算方法不同的計算方法。

在本變形例中，作為一個例子對利用在發(fā)送波的頻率增加的上差拍區(qū)間獲得的、發(fā)送波與接收波之差的信號(上差拍信號)的處理進行說明。fmcw的掃描一次的時間為100微妙，波形為只由上差拍部分構(gòu)成的鋸齒形狀。即，在本變形例中，三角波/cw波(連續(xù)波)生成電路581生成的信號波具有鋸齒形狀。并且，頻率的掃描寬度為500mhz。由于不利用伴隨多普勒轉(zhuǎn)換的峰，因此不進行生成上差拍信號和下差拍信號并利用這兩個信號的峰的處理，只用任一信號進行處理。在此，對利用上差拍信號的情況進行說明，但是在利用下差拍信號的情況下，也能夠進行同樣的處理。

交流直流轉(zhuǎn)換器587(圖31)以10mhz的采樣頻率進行各上差拍信號的采樣，輸出數(shù)百個數(shù)字數(shù)據(jù)(以下稱作“采樣數(shù)據(jù)”)。采樣數(shù)據(jù)例如根據(jù)獲得接收波的時刻以后且發(fā)送波的發(fā)送結(jié)束的時刻為止的上差拍信號生成。另外，也可以在獲得了固定數(shù)量的采樣數(shù)據(jù)的時點結(jié)束處理。

在本變形例中，連續(xù)進行128次上差拍信號的收發(fā)，每次獲得數(shù)百個采樣數(shù)據(jù)。該上差拍信號的數(shù)量并不限定于128個。也可以為256個，或者還可以為8個。能夠按照目的選擇各種個數(shù)。

所獲得的采樣數(shù)據(jù)存儲于存儲器531中。接收強度計算部532對采樣數(shù)據(jù)執(zhí)行二維高速傅里葉變換(fft)。具體地說，首先，對掃描一次獲得的每一個采樣數(shù)據(jù)執(zhí)行第一次fft處理(頻率分析處理)，生成功率譜。接著，速度檢測部534將處理結(jié)果轉(zhuǎn)移并集中到所有掃描結(jié)果執(zhí)行第二次fft處理。

通過來自同一目標的反射波在各掃描期間檢測的功率譜的峰分量的頻率均相同。另一方面，若目標不同，則峰分量的頻率不同。根據(jù)第一次fft處理，能夠使位于不同距離的多個目標分離。

在相對于目標的相對速度不是零的情況下，上差拍信號的相位在每一次掃描時逐漸發(fā)生變化。即，根據(jù)第二次fft處理，按照第一次fft處理的結(jié)果求出功率譜，該功率譜具有與上述相位的變化相應(yīng)的頻率分量的數(shù)據(jù)作為要素。

接收強度計算部532提取第二次獲得的功率譜的峰值并發(fā)送給速度檢測部534。

速度檢測部534根據(jù)相位的變化求出相對速度。例如，假設(shè)連續(xù)獲得的上差拍信號的相位每隔相位θ[rxd]發(fā)生變化。意味著若將發(fā)送波的平均波長設(shè)為λ，則每獲得一次上差拍信號時，距離變化的量為λ/(4π/θ)。該變化以上差拍信號的發(fā)送間隔tm(＝100微秒)發(fā)生。因此，通過{λ/(4π/θ)}/tm可以獲得相對速度。

根據(jù)以上處理，除了能夠求出與目標的距離之外，還能夠求出與目標的相對速度。

＜應(yīng)用例的第二變形例＞

雷達系統(tǒng)510能夠利用一個或多個頻率的連續(xù)波cw檢測目標。該方法在如車輛位于隧道內(nèi)的情況那樣從周圍的靜止物向雷達系統(tǒng)510入射多個反射波的環(huán)境中尤其有用。

雷達系統(tǒng)510具有包含獨立的5信道的接收元件的接收用天線陣列。在這種雷達系統(tǒng)中，只能在同時入射的反射波為四個以下的狀態(tài)下進行所入射的反射波的入射方位的推斷。在fmcw方式的雷達中，能夠通過只選擇來自特定的距離的反射波，來減少同時進行入射方位推斷的反射波的數(shù)量。但是，在隧道內(nèi)等周圍存在多個靜止物的環(huán)境中，由于處于與反射電波的物體連續(xù)存在的狀況相等的狀況，因此即使根據(jù)距離限制反射波，也會發(fā)生反射波的數(shù)量不為四個以下的狀況。但是，由于這些周圍的靜止物的相對于本車輛的相對速度全部相同，而且相對速度比在前方行駛的其他車輛的相對速度大，因此能夠根據(jù)多普勒轉(zhuǎn)換的大小區(qū)別靜止物與其他車輛。

因此，雷達系統(tǒng)510進行如下處理：發(fā)射多個頻率的連續(xù)波cw，忽略接收信號中相當于靜止物的多普勒轉(zhuǎn)換的峰，而是利用與該峰相比移位量小的多普勒轉(zhuǎn)換的峰檢測距離。與fmcw方式不同，在cw方式中，只因多普勒轉(zhuǎn)換而在發(fā)送波與接收波之間產(chǎn)生頻率差。即，在差頻信號中呈現(xiàn)出的峰的頻率只依賴于多普勒轉(zhuǎn)換。

另外，在本變形例的說明中也將在cw方式中利用的連續(xù)波描述為“連續(xù)波cw”。如上所述，連續(xù)波cw的頻率固定而未被調(diào)制。

假設(shè)雷達系統(tǒng)510發(fā)射頻率fp的連續(xù)波cw，并檢測出在目標反射的頻率fq的反射波。發(fā)送頻率fp與接收頻率fq的差稱作多普勒頻率，近似地表示為fp-fq＝2·vr·fp/c。在此，vr為雷達系統(tǒng)與目標的相對速度，c為光速。發(fā)送頻率fp、多普勒頻率(fp-fq)以及光速c是已知的。因此，能夠根據(jù)該算式求出相對速度vr＝(fp-fq)·c/2fp。如后面敘述，到目標的距離利用相位信息計算。

為了利用連續(xù)波cw檢測到目標的距離，采用雙頻cw方式。在雙頻cw方式中，每隔固定期間分別發(fā)射稍微背離的兩個頻率的連續(xù)波cw，獲取各個反射波。例如在使用76ghz帶的頻率的情況下，兩個頻率的差為數(shù)百千赫。另外，如后面敘述，更優(yōu)選考慮所使用的雷達能夠檢測目標的界限的距離來規(guī)定兩個頻率的差。

假設(shè)雷達系統(tǒng)510通過依次發(fā)射頻率fp1以及fp2(fp1＜fp2)的連續(xù)波cw，并在一個目標反射兩種連續(xù)波cw，頻率fq1以及fq2的反射波被雷達系統(tǒng)510接收。

通過頻率fp1的連續(xù)波cw及其反射波(頻率fq1)獲得第一多普勒頻率。并且，通過頻率fp2的連續(xù)波cw及其反射波(頻率fq2)獲得第二多普勒頻率。兩個多普勒頻率為實質(zhì)上相同的值。但是，因頻率fp1與fp2的不同而使接收波在復(fù)信號中的相位不同。通過使用該相位信息，能夠計算到目標的距離。

具體地說，雷達系統(tǒng)510能夠求出距離r為r＝c·δφ/4π(fp2-fp1)。在此，δφ表示兩個差頻信號的相位差。兩個差頻信號是指：作為頻率fp1的連續(xù)波cw與其反射波(頻率fq1)的差分獲得的差頻信號fb1；以及作為頻率fp2的連續(xù)波cw與其反射波(頻率fq2)的差分獲得的差頻信號fb2。各差頻信號的頻率fb1以及fb2的確定方法與上述單頻的連續(xù)波cw中的差頻信號的例子相同。

另外，基于雙頻cw方式的相對速度vr如下求出。

vr＝fb1·c/2·fp1或vr＝fb2·c/2·fp2

并且，能夠明確地確定到目標的距離的范圍限于rmax＜c/2(fp2-fp1)的范圍。這是因為，通過來自比該距離遠的目標的反射波獲得的差頻信號的δφ超過2π，無法與因更近的位置的目標產(chǎn)生的差頻信號區(qū)別。因此，更優(yōu)選調(diào)節(jié)兩個連續(xù)波cw的頻率的差來使rmax大于雷達的檢測界限距離。在檢測界限距離為100m的雷達中，將fp2-fp1例如設(shè)為1.0mhz。在該情況下，由于rmax＝150m，因此檢測不到來自位于超過rmax的位置的目標的信號。并且，在裝設(shè)能夠檢測至250m的雷達的情況下，將fp2-fp1例如設(shè)為500khz。在該情況下，由于rmax＝300m，因此仍然檢測不到來自位于超過rmax的位置的目標的信號。并且，在雷達具有檢測界限距離為100m且水平方向的視場角為120度的動作模式和檢測界限距離為250m且水平方向的視場角為5度的動作模式這兩種模式的情況下，更優(yōu)選在每個動作模式中將fp2-fp1的值分別替換成1.0mhz和500khz來動作。

已知如下檢測方式：以n個(n：3以上的整數(shù))不同的頻率發(fā)送連續(xù)波cw，并利用每個反射波的相位信息，由此能夠分別檢測到各目標的距離。根據(jù)該檢測方式，能夠?qū)Φ絥-1個的目標準確地識別距離。作為為此的處理，例如利用高速傅里葉變換(fft)?，F(xiàn)在，設(shè)n＝64或者128，對作為各頻率的發(fā)送信號與接收信號的差的差頻信號的采樣數(shù)據(jù)進行fft，獲得頻譜(相對速度)。之后，關(guān)于同一頻率的峰以cw波的頻率進一步進行fft，從而能夠求出距離信息。

以下，進行更具體的說明。

為了簡化說明，首先，對將三個頻率f1、f2、f3的信號進行時間切換來發(fā)送的例子進行說明。在此，設(shè)f1＞f2＞f3，并且f1-f2＝f2-f3＝δf。并且，將各頻率的信號波的發(fā)送時間設(shè)為δt。圖35表示三個頻率f1、f2、f3的關(guān)系。

三角波/cw波生成電路581(圖31)經(jīng)由發(fā)送天線tx發(fā)送各自持續(xù)時間δt的頻率f1、f2、f3的連續(xù)波cw。接收天線rx接收各連續(xù)波cw在一個或多個目標反射的反射波。

混頻器584混合發(fā)送波與接收波而生成差頻信號。a/d轉(zhuǎn)換器587將作為模擬信號的差頻信號轉(zhuǎn)換為例如數(shù)百個數(shù)字數(shù)據(jù)(采樣數(shù)據(jù))。

接收強度計算部532利用采樣數(shù)據(jù)進行fft運算。fft運算的結(jié)果是，關(guān)于發(fā)送頻率f1、f2、f3分別獲得接收信號的頻譜的信息。

之后，接收強度計算部532從接收信號的頻譜的信息分離峰值。具有規(guī)定以上的大小的峰值的頻率與相對于目標的相對速度成比例。從接收信號的頻譜的信息分離峰值是指，分離相對速度不同的一個或多個目標。

接著，接收強度計算部532關(guān)于發(fā)送頻率f1～f3分別測量相對速度相同或預(yù)先規(guī)定的范圍內(nèi)的峰值的頻譜信息。

現(xiàn)在，考慮兩個目標a與b相對速度相同且分別存在于不同的距離的情況。頻率f1的發(fā)送信號在目標a以及b這兩者反射，并作為接收信號獲得。來自目標a以及b的各反射波的差頻信號的頻率大致相同。因此，獲得接收信號的以相當于相對速度的多普勒頻率的功率譜作為合成了兩個目標a以及b的各功率譜的合成頻譜f1。

關(guān)于頻率f2以及f3，也同樣分別獲得接收信號的以相當于相對速度的多普勒頻率的功率譜作為合成了兩個目標a以及b的各功率譜的合成頻譜f2以及f3。

圖36表示復(fù)平面上的合成頻譜f1～f3的關(guān)系。朝向分別伸展合成頻譜f1～f3的兩個矢量的方向，右側(cè)的矢量與來自目標a的反射波的功率譜對應(yīng)。在圖36中與矢量f1a～f3a對應(yīng)。另一方面，朝向分別伸展合成頻譜f1～f3的兩個矢量的方向，左側(cè)的矢量與來自目標b的反射波的功率譜對應(yīng)。在圖36中與矢量f1b～f3b對應(yīng)。

當發(fā)送頻率的差分δf固定時，與頻率f1以及f2的各發(fā)送信號對應(yīng)的各接收信號的相位差同到目標的距離成比例關(guān)系。因此，矢量f1a與f2a的相位差同矢量f2a與f3a的相位差為相同的值θa，相位差θa與到目標a的距離成比例。同樣地，矢量f1b與f2b的相位差同矢量f2b與f3b的相位差為相同的值θb，相位差θb與到目標b的距離成比例。

利用周知的方法，能夠根據(jù)合成頻譜f1～f3以及發(fā)送頻率的差δf分別求出到目標a以及b的距離。該技術(shù)例如在國際公開公報第2001/055745號中公開。將該公報的內(nèi)容全部引用于本說明書中。

即使在所發(fā)送的信號的頻率為四個以上的情況下，也能夠應(yīng)用相同的處理。

另外，也可以在以n個不同的頻率發(fā)送連續(xù)波cw之前，進行通過雙頻cw方式求出到各目標的距離以及相對速度的處理。而且，也可以在規(guī)定的條件下切換成以n個不同的頻率發(fā)送連續(xù)波cw的處理。例如，在利用兩個頻率各自的差頻信號進行fft運算，且各發(fā)送頻率的功率譜的時間變化為30％以上的情況下，也可以進行處理的切換。來自各目標的反射波的振幅因多道的影響等而在時間上大幅變化。在存在規(guī)定以上的變化的情況下，考慮可能存在多個目標。

并且，已知在cw方式中，在雷達系統(tǒng)與目標的相對速度為零的情況下，即在多普勒頻率為零的情況下，無法檢測目標。但是，若例如通過以下方法模擬地求出多普勒信號，則能夠利用其頻率檢測目標。

(方法1)追加使接收用天線的輸出移位固定頻率的混頻器。通過利用發(fā)送信號和移位了頻率的接收信號，能夠獲得模擬多普勒信號。

(方法2)在接收用天線的輸出與混頻器之間插入使相位在時間上連續(xù)發(fā)生變化的可變相位器，并對接收信號模擬地附加相位差。通過利用發(fā)送信號和附加了相位差的接收信號，能夠獲得模擬多普勒信號。

基于方法2的插入可變相位器來產(chǎn)生模擬多普勒信號的具體結(jié)構(gòu)例以及動作例在日本特開2004-257848號公報中公開。將該公報的內(nèi)容全部引用于本說明書中。

在需要檢測相對速度為零的目標或相對速度非常小的目標的情況下，既可以使用產(chǎn)生上述模擬多普勒信號的處理，或者也可以切換成通過fmcw方式的目標檢測處理。

接著，參照圖37說明通過車載雷達系統(tǒng)510的物體檢測裝置570進行的處理的步驟。

以下，對如下例子進行說明：以兩個不同的頻率fp1以及fp2(fp1＜fp2)發(fā)送連續(xù)波cw，并利用各個反射波的相位信息，由此分別檢測與目標的距離。

圖37是表示基于本變形例的求出相對速度以及距離的處理的步驟的流程圖。

在步驟s41中，三角波/cw波生成電路581生成頻率稍微背離的兩種不同的連續(xù)波cw。頻率設(shè)為fp1以及fp2。

在步驟s42中，發(fā)送天線tx以及接收天線rx進行所生成的一系列連續(xù)波cw的收發(fā)。另外，步驟s41的處理以及步驟s42的處理分別在三角波/cw波生成電路581以及發(fā)送天線tx/接收天線rx中并列進行。需注意不是在完成步驟s41之后進行步驟s42。

在步驟s43中，混頻器584利用各發(fā)送波和各接收波生成兩個差分信號。各接收波包含來源于靜止物的接收波和來源于目標的接收波。因此，接著進行確定用作差頻信號的頻率的處理。另外，步驟s41的處理、步驟s42的處理以及步驟s43的處理分別在三角波/cw波生成電路581、發(fā)送天線tx/接收天線rx以及混頻器584中并列進行。需注意不是在完成步驟s41之后進行步驟s42，并且不是在完成步驟s42之后進行步驟s43。

在步驟s44中，物體檢測裝置570對于兩個差分信號，分別將作為閾值預(yù)先規(guī)定的頻率以下，且具有預(yù)先規(guī)定的振幅值以上的振幅值，而且彼此的頻率差為規(guī)定值以下的峰的頻率確定為差頻信號的頻率fb1以及fb2。

在步驟s45中，接收強度計算部532根據(jù)確定的兩個差頻信號的頻率中的一方檢測相對速度。接收強度計算部532例如根據(jù)vr＝fb1·c/2·fp1計算相對速度。另外，也可以利用差頻信號的各頻率計算相對速度。由此，接收強度計算部532能夠驗證兩者是否一致，從而提高相對速度的計算精度。

在步驟s46中，接收強度計算部532求出兩個差頻信號fb1與fb2的相位差δφ，并求出到目標的距離r＝c·δφ/4π(fp2-fp1)。

通過以上處理，能夠檢測到目標的相對速度以及距離。

另外，也可以以三個以上的n個不同的頻率發(fā)送連續(xù)波cw，并利用各個反射波的相位信息檢測到相對速度相同且存在于不同位置的多個目標的距離。

以上說明的車輛500除了具有雷達系統(tǒng)510之外，也可以還具有其他雷達系統(tǒng)。例如，車輛500也可以還具有在車體的后方或側(cè)方具有檢測范圍的雷達系統(tǒng)。在具有在車體的后方具有檢測范圍的雷達系統(tǒng)的情況下，該雷達系統(tǒng)監(jiān)視后方，在存在被其他車輛追尾的危險性時，能夠進行發(fā)出警報等響應(yīng)。在具有在車體的側(cè)方具有檢測范圍的雷達系統(tǒng)的情況下，當本車輛進行車線變更等時，該雷達系統(tǒng)能夠監(jiān)視相鄰車線，并根據(jù)需要進行發(fā)出警報等響應(yīng)。

以上說明的雷達系統(tǒng)510的用途并不限定于車載用途。能夠用作各種用途的傳感器。例如，能夠用作用于監(jiān)視房屋或建筑物的周圍的雷達。或者，能夠用作用于不依賴光學(xué)圖像地監(jiān)視屋內(nèi)的確定地點是否有人或者是否有該人的移動等的傳感器。

上述車載雷達系統(tǒng)為一個例子。上述陣列天線能夠在利用天線的所有技術(shù)領(lǐng)域中使用。

[產(chǎn)業(yè)上的可利用性]

本公開的導(dǎo)波路裝置能夠代替微帶線路或中空導(dǎo)波管，用于高頻信號的傳輸。并且，本公開的天線裝置用于進行千兆赫頻帶或太赫茲頻帶的電磁波的收發(fā)的各種用途，尤其能夠適宜地用于要求小型化的車載雷達以及無線通信系統(tǒng)。