JP2009058450A - レーダ装置のユニットシャーシ - Google Patents

Abstract

【課題】 製造コストを低減し、生産性を向上することができるとともに、組み立て精度のばらつく要因を低減して、品質を安定化し、品質管理に要する手間を削減することができるレーダ装置のユニットシャーシを提供する。
【解決手段】 発振器１６が実装される基板１２，１３の少なくとも周縁部を支持する枠部１９と、基板１２，１３に実装された発振器１６をアンテナ１４側から覆うカバー部２０とを導電性材料によって一体的に形成し、レーダ装置のユニットシャーシ１１を構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アンテナおよび発振器を実装した基板などが装着されたユニットシャーシに関する。

従来から、自動車用レーダ装置として、単一のアンテナを用いて送受信を時分割で行う低コストで小型の周波数変調連続波（Frequency Modulated Continuous Wave、略称ＦＭＣＷ）レーダ装置が用いられている。

このＦＭＣＷレーダ装置は、送信用電圧制御発振器（Voltage Controlled Oscillator
、略称ＶＣＯ）に三角波のベースバンド信号を加え、周波数変調を行って送信アンテナから送信し、目標物体からの反射波を受信するとともに、ＶＣＯから得られる高周波信号の一部を分岐し、受信アンテナの受信信号が供給される受信ミキサに加えることによって、目標物体からの距離や相対速度に応じた信号がビート信号として得られ、目標物体との相対速度および距離を測定することができるように構成されている。

図１１は典型的な先行技術のレーダ装置１を簡略化して示す断面図であり、図１２は図１１に示されるレーダ装置１の分解断面図である。レーダ装置１は、ユニットシャーシ２に、前記送信用電圧制御発振器（ＶＣＯ）３ａおよびモノシリックマイクロ波ＩＣ（
Monolithic Microwave Integrated Circuit、略称ＭＭＩＣ）４ａなどが実装された基板３，４を取り付け、ユニットシャーシ２上で各基板３，４を覆うようにカバー体５を装着して電磁シールドし、前記ユニットシャーシ２に各基板３，４を取り付けてカバー体５を装着した組立体６を、アンテナ７に組み付けた後、アンテナホルダ８に装着し、このように組み立てられている（たとえば、特許文献１参照）。

特願平６−８２５６５号公報

前記従来の技術では、部品点数が多いため、製造コストが高く、組立工数が多く、生産性が悪いという問題がある。部品点数の増加に伴って、品質管理する部品数も多くなり、組み立て精度のばらつきが多くなってしまうという問題がある。

本発明の目的は、製造コストを低減し、生産性を向上することができるとともに、組み立て精度のばらつく要因を低減して、品質を安定化し、品質管理に要する手間を削減することができるレーダ装置のユニットシャーシを提供することである。

本発明（１）に従えば、目標物体に電磁波を放射し、目標物体によって反射された反射波を受信するアンテナが搭載されるレーダ装置に備えられるユニットシャーシであって、導電性材料によって、発振器が実装される基板の少なくとも周縁部を支持する枠部と、前記基板に実装された発振器を前記アンテナ側から覆うカバー部とを一体的に形成することによって、レーダ装置のユニットシャーシを構成する。

また、ユニットシャーシは導電性材料によって枠部とカバー部とが一体的に形成されるので、部品点数の削減を図り、基板を支持するとともに、発振器からの電磁ノイズをカバー部によって遮蔽する。

本発明（２）に従えば、前記基板の周縁部に、接地電位で用いられる配線層が形成されることを特徴とする。

本発明（３）に従えば、前記カバー部は、前記発振器の周囲を外囲する周壁部分と、周壁部分から面内方向に延び、前記発振器をアンテナ側から覆う天壁部分とを有することを特徴とする。

本発明（４）に従えば、前記枠部は、前記基板の周縁部の一表面に対向する支持面と、前記基板の周縁部の面外方向に臨む側面に対向する立ち上がり面とを有することを特徴とする。

本発明（１）によれば、ユニットシャーシを導電性材料によって枠部とカバー部とが一体的に形成されるので、部品点数の削減を図り、これによって製造コストを低減し、組立工数を低減して、生産性を向上することができる。また、部品点数が低減されるので、品質管理対象となる部品の数が少なくて済み、したがって組立時のばらつきの要因が削減され、品質を安定化することができる。

図１は本発明の実施の一形態のユニットシャーシ１１に基板１２，１３およびアンテナ１４が装着された組立体１５の簡略化した断面図であり、図２は組立体１５の斜視図である。本実施の形態では、周波数連続波（Frequency Modulated Continuous Wave、略称ＦＭＣＷ）レーダ装置に用いられるユニットシャーシ１１について説明する。

まず、ＦＭＣＷレーダ装置について説明する。ＦＭＣＷレーダ装置は、送信用電圧制御発振器（Voltage Controlled Oscillator、略称ＶＣＯ）に三角波のベースバンド信号を加え、周波数変調を行って送信アンテナから送信し、目標物体（物標またはターゲットともいう。）からの反射波を受信するとともに、ＶＣＯから得られる高周波信号の一部を分岐し、受信アンテナの受信信号が供給される受信ミキサに加えることによって、目標物体からの距離や相対速度に応じた信号がビート信号を出力し、目標物体との相対速度および距離を測定することができるレーダ装置である。

一方の基板１２には、発振器（ＶＣＯ）１６が搭載され、他方の基板１３にはモノシリックマイクロ波ＩＣ（Monolithic Microwave Integrated Circuit、略称ＭＭＩＣ）１７が搭載され、後述するように他方の基板１３は、一方の基板１２に略同一平面上で嵌合した状態で組み込まれている。ＭＭＩＣ１７は、発振器１６で生成された高周波信号を逓倍器で逓倍した後に２分岐し、その一方をマイクロストリップ線路で接続された増幅器によって増幅し、アンテナ共用回路を経てアンテナ１４に供給する。

前記アンテナ共用回路には、マイクロストリップ線路または導波管変換基板が接続され、高周波信号がアンテナから放射される。このとき、送信・受信制御回路からの送信スイッチ信号によって、アンテナ共用回路が増幅器に接続される。アンテナ１４からのマイクロ波の放射が終了すると、送信スイッチ信号によって、アンテナ共用回路が増幅器から遮断され、送信・受信制御回路からの受信スイッチ信号によってアンテナ共用回路がもう一つの増幅器に接続される。この状態で、目標物体からの反射波であるマイクロ波がアンテナ１４によって受信されると、その受信波は、アンテナ共用回路および増幅器を通ってミキサに供給される。このミキサには、逓倍器からの高周波信号が入力されているので、目標物体からの距離や相対速度に応じた信号が、ビート信号として得られる。このビート信号は、信号処理部の受信回路を通ってデジタル信号処理回路（Digital Signal Processor
、略称ＤＳＰ）に送られ、マイクロコンピュータによって目標物体との相対速度および距離が算出される。前記アンテナ１４は、たとえばトリプレート線路構造の４００素子平面アンテナによって実現される。

図３は組立体１５の分解した断面図であり、図４は組立体１５の分解斜視図である。前記ユニットシャーシ１１は、前記発振器１６が実装される基板１２の周縁部を支持する枠部１９と、前記基板１２に実装された発振器１６を前記アンテナ１４側から覆うカバー部２０とを有し、導電性材料であるアルミニウム合金から成る。また、各基板１２，１３は、ガラス繊維、ケプラー繊維または炭素繊維などを芯材としてポリエステル樹脂またはエポキシ樹脂などのマトリクス樹脂によって硬化させた繊維強化複合材（Fiber Regin
Plastics、略称ＦＲＰ）によって実現される。

図５はユニットシャーシ１１を拡大した斜視図である。前記ユニットシャーシ１１の構成について説明する。前述したユニットシャーシ１１において、前記枠部１９は、平面視で大略的に四角形の第１〜第４外枠部分２１ａ〜２１ｄと、第１外枠部分２１ａから面内方向（ユニットシャーシ１１の内側に向かう方向）に延びる第１〜第４内枠部分２２ａ〜２２ｄと、第３外枠部分２１ｃから面内方向に延びる第１および第２内枠部分２３ａ，２３ｂと、第１外枠部分２１ａの長手方向中央部に設けられる第１軸部２４と、第３外枠部分２１ｃの長手方向中央部に設けられる第２軸部２５とを有する。

第１〜第４外枠部分２１ａは、長手方向に隣接する各一端部が直角に連なり、基板１２の周縁部において基板１２の一表面が対向する支持面２６ａ〜２６ｄと、基板１２の周縁部において基板１２の面外方向に臨む側面が対向する立上がり面２７ａ〜２７ｄとを有し、これらの支持面２６ａ〜２６ｄと立上がり面２７ａ〜２７ｄとによって、前記長手方向に垂直な断面が段差状に形成されている。

各支持面２６ａ〜２６ｄは、共通な一表面上に形成され、基板１２，１３の発振器１６およびＭＭＩＣ１７が搭載される側の表面を接触させ、発振器１６は後述の第１〜第４周壁部分２１ａ〜２１ｄと天壁部分３１と第１基板１２とによって囲まれた閉じた収容空間２０ａ内に収容され、ＭＭＩＣ１７は第１および第２内壁部分２３ａ，２３ｂ、第１外枠部分２１ｃ、第２基板１３ならびにアンテナ１４によって囲まれた閉じた収容空間２０ｂに収容されて、電磁ノイズに対して遮蔽することができるように構成される。

第１〜第４外枠部分２１ａ〜２１ｄの相互に隣接する各端部が連なる各コーナ部には、フランジ２８ａ〜２８ｄがそれぞれ一体的に形成され、各フランジ２８ａ〜２８ｄには軸孔が形成される。

第１〜第４内枠部分２２ａ〜２２ｄは、第１外枠部分２１ａに対して直角に面内方向に延び、相互にほぼ平行に形成される。また、第１および第２内枠部分２３ａ，２３ｂは、第３外枠部分２１ｃに対して直角に面内方向に延び、相互にほぼ平行に形成される。第１外枠部分２１ａに連なる第１〜第４内枠部分２２ａ〜２２ｄと、第３外枠部分２１ｃに連なる第１および第２内枠部分２３ａ，２３ｂとの間には、前記カバー部２０が設けられる。

前記カバー部２０は、第１〜第４内枠部分２２ａ〜２２ｄの面内側の各端部に連なり、第１外枠部分２１ａに平行な第１周壁部分３０ａと、第２外枠部分２１ｂよりも面内側で第２外枠部分２１ｂに平行な第２周壁部分３０ｂと、第１および第２内枠部分２３ａ，２３ｂの面内側の各端部に連なり、第３外枠部分２１ｃよりも面内側で第３外枠部分２１ｃに平行な第３周壁部分３０ｃと、第４外枠部分２１ｄよりも面内側で第４外枠部分２１ｄに平行な第４周壁部分３０ｄと、第１〜第４周壁部分２１ａ〜２１ｄによって外囲される面内領域を塞ぐ板状の天壁部分３１とを有する。

第１軸部２４は、第１外枠部分２１ａの長手方向中間部に固定されるブラケット３３と、このブラケット３３に基端部が固定される第１軸３４とを有する。第２軸部２５は、第３外枠部分２１ｃに固定されるブラケット３５と、このブラケット３５に基端部が固定される第２軸３６とを有する。このように設けられる第１軸３４と第２軸３６とは、共通な一直線上に軸線Ｌ１を成す。

図６は第１および第２基板１２，１３の斜視図である。第１基板１２は、凹所４０を有し、この凹所４０に第２基板１３が嵌まり込み、全体として平面視で凸状に形成される。第１基板１２の周縁部における一表面に、接地電位で使用される配線層４４が平面視で略Ｃ字状に形成される。また、第１基板１２の他表面には、前記発振器１６が搭載される。第２基板１３の一表面には、前述したように、ＭＭＩＣ１７が実装される。第２基板１３の一表面と第１基板１２の一表面とは、ほぼ同一平面を成す。

したがって、第１基板１２が前記ユニットシャーシ１１に装着された状態では、配線層４４が支持面２６ａ〜２６ｄに全長にわたって接触して支持され、発振器１６からの電磁ノイズの漏洩が防がれる。また、発振器１６は、カバー体２０によって覆われるので、これによってもまた、発振器１６からの電磁ノイズの漏洩が防がれる。さらに、第１基板１２の周縁部は、第１〜第４外枠部分２１ａの基板１２の面外方向に臨む側面が対向する立上がり面２７ａ〜２７ｄによって外囲されるので、基板１２の周縁部における側面から放射される輻射ノイズに対する電磁シールド性が向上される。

このようにユニットシャーシ１１は、枠部１９とカバー部２０とが一体的に形成されかつ導電性材料から成るので、部品点数の削減を図り、基板１２，１３を支持するとともに、発振器１６からの電磁ノイズを遮蔽することができるユニットシャーシ１１を低コストで実現することができる。

図７は第２基板１３のＭＭＩＣ１７付近を拡大した平面図である。第２基板１３には、ＭＭＩＣ１７によって出力される高周波信号をアンテナ１４に供給し、かつアンテナ１４からの微弱な受信信号をＭＭＩＣ１７に導くために、導波管５０が設けられる。この導波管５０は、電磁ノイズの放出および入射を防止するため、セラミック基板５１に実装される。

図８は組立体１５が組み込まれたレーダ装置５３の正面図であり、図９はレーダ装置５３の斜視図である。前述したユニットシャーシ１１を備えるレーダ装置５３は、クランクモータＭと、クランクモータＭの出力軸に固定されるクランクホイール５４とが第１ベース基板５５に搭載され、第１ベース基板５５に複数の支柱５６によって第２ベース基板５７が支持され、第２ベース基板５７に前後２つのブラッケット５８，５９によって前述の組立体１５が搭載される。

クランクモータＭが駆動されると、出力軸の回転はクランクホイール５４に伝えられる。この回転は、回転軸線Ｌ２から偏心した位置にリンクピン６０によって一端部が連結される第１リンク部材６１、およびこの第１リンク部材６１の他端部にリンクピン６２を介して遊端部が連結される第２リンク部材６３によって構成されるクランク手段６４によって、前記ユニットシャーシ１１に伝達され、前記軸線Ｌ１まわりに揺動し、前方の目標物体の検出動作が行われる。

目標物体の方位検出原理を以下に述べる。真正面の目標物体からの反射信号は、それぞれの受信ビート周波数間の位相が揃い、横並びの受信ビート信号間の遷移周波数は０（ゼロ）である．一方、ある角度を伴って斜めから返ってくる反射信号は，送信から受信に至るまでの位相差がビート周波数間に現れ、横並びの受信ビート信号間にこの位相差に相当する遷移周波数が現れる。したがって、この受信ビート信号間に現れる周波数を計測することによって目標物体の水平方位角度（受信電波の到来角度）を得ることができる。

また、ビート信号による目標物体の認識は、Ａ/Ｄコンバータを介してビート信号を取り込んだ後、高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform、略称ＦＦＴ）によって周波数変換し、周波数軸上で受信レベルのピークを検出することによって、目標物体の存在を検出することができる。続いて、各距離（周波数）で複数並んだ横方向間の位相速度を得るための周波数解析を行うことによって、目標物体の方位（ＦＦＴのピーク検出）を抽出する。距離ＦＦＴ結果から抽出した周波数群の集合に対して、方位検出結果、前回の計測結果および結果からの予測によって適正な周波数群のペアを判定し、その周波数ペアから距離、相対速度が算出される。

本実施の形態によれば、ユニットシャーシ１１を導電性材料であるアルミニウム合金によって枠部１９とカバー部２０とが一体的に形成するので、部品点数を削減し、組立工数を低減して生産性を向上し、製造コストを削減することができる。また、部品点数が低減されるので、品質管理対象となる部品の数が少なくて済み、したがって組立時のばらつきの要因が削減され、品質を安定化することができる。

図１０は本発明の実施の他の形態のユニットシャーシ１１に備えられる第２基板１３ａの一部の斜視図である。前述の実施の形態では、図６および図７に示されるように、ＭＭＩＣ１７から導出される高周波信号を導波管５０によってアンテナ１４に導波するように構成されたが、本発明の実施の他の形態では、２枚の基板７０，７１間に介在される合成樹脂から成る導波層７２によって導波路を有する第２基板１３ａを構成し、外部への電磁ノイズの漏洩を防止する構成を採用してもよい。これによって前述の実施の形態と同様な効果を達成することができる。

本発明の実施の一形態のユニットシャーシ１１に基板１２，１３およびアンテナ１４が装着された組立体１５の簡略化した断面図である。 組立体１５の斜視図である。 組立体１５の分解した断面図である。 組立体１５の分解斜視図である。 ユニットシャーシ１１を拡大した斜視図である。 第１および第２基板１２，１３の斜視図である。 第２基板１３のＭＭＩＣ１７付近を拡大した平面図である。 組立体１５が組み込まれたレーダ装置５３の正面図である。 レーダ装置５３の斜視図である。 本発明の実施の他の形態のユニットシャーシ１１に備えられる第２基板１３ａの一部の斜視図である。 典型的な先行技術のレーダ装置１を簡略化して示す断面図である。 図１１に示されるレーダ装置１の分解断面図である。

符号の説明

１１ ユニットシャーシ
１２，１３ 基板
１４ アンテナ
１５ 組立体
１６ 発振器（ＶＣＯ）
１７ ＭＭＩＣ
１９ 枠部
２０ カバー部
２１ａ〜２１ｄ 第１〜第４外枠部分
２２ａ〜２２ｄ 第１〜第４内枠部分
２３ａ，２３ｂ 第１および第２内枠部分
２４ 第１軸部
２５ 第２軸部
２６ａ〜２６ｄ 支持面
２７ａ〜２７ｄ 立上がり面
３０ａ 第１周壁部分
３１ 天壁部分
３３ ブラケット
３４ 第１軸
３５ ブラケット
３６ 第２軸
４０ 凹所
４４ 配線層
５０ 導波管
５１ セラミック基板
５３ レーダ装置
５４ クランクホイール
５５ 第１ベース基板
５７ 第２ベース基板
５８，５９ ブラッケット
６１ 第１リンク部材
６３ 第２リンク部材
６４ クランク手段
Ｍ クランクモータ

Claims (4)

1. 目標物体に電磁波を放射し、目標物体によって反射された反射波を受信するアンテナが搭載されるレーダ装置に備えられるユニットシャーシであって、導電性材料によって、発振器が実装される基板の少なくとも周縁部を支持する枠部と、前記基板に実装された発振器を前記アンテナ側から覆うカバー部とが一体的に形成されることを特徴とするレーダ装置のユニットシャーシ。
2. 前記基板の周縁部には、接地電位で用いられる配線層が形成されることを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置のユニットシャーシ。
3. 前記カバー部は、前記発振器の周囲を外囲する周壁部分と、周壁部分から面内方向に延び、前記発振器をアンテナ側から覆う天壁部分とを有することを特徴とする請求項１または２に記載のレーダ装置のユニットシャーシ。
4. 前記枠部は、前記基板の周縁部の一表面に対向する支持面と、前記基板の周縁部の面外方向に臨む側面に対向する立ち上がり面とを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のレーダ装置のユニットシャーシ。

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