本公開涉及一種縫隙天線。

背景技術(shù)：

具有一個(gè)或多個(gè)天線元件(以下，還稱作“發(fā)射元件”。)的天線裝置用于各種用途，例如雷達(dá)以及通信系統(tǒng)。為了從天線裝置發(fā)射電磁波，需要從生成電磁波的電路向各天線元件供給(供電)電磁波(例如，高頻的信號(hào)波)。這種供電借助導(dǎo)波路進(jìn)行。導(dǎo)波路還用于將由天線元件接收的電磁波輸送給接收電路。

以往，為了向天線裝置供電，大多使用微帶線路。但是，在通過天線裝置發(fā)送或接收的電磁波的頻率例如為超過30千兆赫(ghz)的高頻的情況下，微帶線路的電介質(zhì)損耗大，天線的效率下降。因此，在這種高頻區(qū)域需要導(dǎo)波管來代替微帶線路。

已知，若代替微帶線路使用導(dǎo)波管向各天線元件供電，則即使在超過30ghz的頻率區(qū)域也能夠降低損耗。導(dǎo)波管還稱作中空導(dǎo)波管(hollowmetallicwaveguide)，是具有圓形或方形的截面的金屬制的管。在導(dǎo)波管的內(nèi)部形成有與管的形狀以及大小相應(yīng)的電磁場(chǎng)模式。因此，電磁波能夠以特定的電磁場(chǎng)模式在管內(nèi)傳播。由于管的內(nèi)部為中空狀，因此即使應(yīng)傳播的電磁波的頻率高，也不會(huì)產(chǎn)生電介質(zhì)損耗的問題。但是，利用導(dǎo)波管很難高密度地配置天線元件。這是因?yàn)?，?dǎo)波管的中空部分需要具有應(yīng)傳播的電磁波的半波長(zhǎng)以上的寬度，并且還需要確保導(dǎo)波管的管(金屬壁)本身的厚度。

專利文獻(xiàn)1至3以及非專利文獻(xiàn)1以及2分別公開了利用配置在脊形導(dǎo)波路的兩側(cè)的人工磁導(dǎo)體(amc：artificialmagneticconductor)進(jìn)行電磁波的導(dǎo)波的導(dǎo)波結(jié)構(gòu)。

[專利文獻(xiàn)]

[專利文獻(xiàn)1]：國(guó)際公開第2010/050122號(hào)

[專利文獻(xiàn)2]：美國(guó)專利第8803638號(hào)說明書

[專利文獻(xiàn)3]：歐州專利申請(qǐng)公開第1331688號(hào)說明書

[非專利文獻(xiàn)]

非專利文獻(xiàn)1：kirinoetal.,“a76ghzmulti-layeredphasedarrayantennausinganon-metalcontactmetamaterialwaveguide”,ieeetransactiononantennasandpropagation,vol.60,no.2,february2012,pp840-853

非專利文獻(xiàn)2：kildaletal.,“l(fā)ocalmetamaterial-basedwaveguidesingapsbetweenparallelmetalplates”,ieeeantennasandwirelesspropagationletters,vol.8,2009,pp84-87

本公開提供一種低損耗且能夠小型化的新型縫隙天線。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開的一實(shí)施方式所涉及的縫隙天線具有：第一導(dǎo)電部件，其具有第一導(dǎo)電性表面；第二導(dǎo)電部件，其具有與所述第一導(dǎo)電性表面相向的第二導(dǎo)電性表面；導(dǎo)波部件，其位于所述第一導(dǎo)電部件與所述第二導(dǎo)電部件之間，具有與所述第一導(dǎo)電性表面相向的條形狀的導(dǎo)電性導(dǎo)波面，且沿著所述第一導(dǎo)電性表面向第一方向延伸；以及人工磁導(dǎo)體，其在所述第一導(dǎo)電部件與所述第二導(dǎo)電部件之間位于所述導(dǎo)波部件的兩側(cè)。所述第一導(dǎo)電部件具有縫隙。所述縫隙具有由一對(duì)縱部分以及連接所述一對(duì)縱部分的橫部分構(gòu)成的h形狀。所述橫部分與所述導(dǎo)波面相向，并且與所述第一方向交叉。

發(fā)明效果

根據(jù)本公開的實(shí)施方式，能夠?qū)崿F(xiàn)低損耗且小型的縫隙天線。

附圖說明

圖1是示意地表示具有脊形導(dǎo)波路的縫隙陣列天線201的結(jié)構(gòu)例的立體圖。

圖2是示意地表示本公開的例示性的實(shí)施方式中的縫隙陣列天線200的結(jié)構(gòu)的立體圖。

圖3a是示意地表示與xz面平行的通過一個(gè)縫隙112的中心的截面的結(jié)構(gòu)的圖。

圖3b是示意地表示與xz面平行的通過一個(gè)縫隙112的中心的截面的結(jié)構(gòu)的其他例子的圖。

圖4是示意地表示處于使第一導(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)的縫隙陣列天線200的立體圖。

圖5是表示圖7所示的結(jié)構(gòu)中的各部件的尺寸的范圍的例子的圖。

圖6a、圖6b、圖6c是用于說明縫隙112的開口的形狀的圖。

圖7a是表示具有喇叭的縫隙天線200的結(jié)構(gòu)例的立體圖。

圖7b是分別將圖7a所示的第一導(dǎo)電部件110以及第二導(dǎo)電部件120從+z方向觀察到的俯視圖。

圖8a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)的例子的剖視圖。

圖8b是表示在第二導(dǎo)電部件120上未形成有導(dǎo)波部件122的變形例的圖。

圖8c是表示第二導(dǎo)電部件120、導(dǎo)波部件122以及多個(gè)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)的例子的圖。

圖8d是表示導(dǎo)電部件110、120、導(dǎo)波部件122以及導(dǎo)電性桿124分別在最表面具有電介質(zhì)層110b、120b的結(jié)構(gòu)的例子的圖。

圖8e是導(dǎo)電部件110、120、導(dǎo)波部件122以及導(dǎo)電性桿124分別在最表面具有電介質(zhì)層110b、120b的結(jié)構(gòu)的其他例子的圖。

圖8f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中的與導(dǎo)波面122a相向的部分向?qū)Рú考?22側(cè)突出的例子的圖。

圖8g是表示在圖8f的結(jié)構(gòu)中還將導(dǎo)電性表面110a中的與導(dǎo)電性桿124相向的部分向?qū)щ娦詶U124側(cè)突出的例子的圖。

圖9a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9b是表示還使第二導(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。

圖10是表示兩個(gè)導(dǎo)波部件122在第二導(dǎo)電部件120上平行地延伸的方式的立體圖。

圖11a是16個(gè)縫隙以4行4列排列的陣列天線的從z方向觀察到的俯視圖。

圖11b是圖11a的b-b線剖視圖。

圖12a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12b是表示第一導(dǎo)波路裝置100a中的導(dǎo)波部件122u的平面布局的其他例子的圖。

圖13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。

圖14a是表示縫隙的形狀的其他例子的圖。

圖14b是表示縫隙的形狀的其他例子的圖。

圖14c是表示縫隙的形狀的其他例子的圖。

圖14d是表示縫隙的形狀的其他例子的圖。

圖14e是表示縫隙的形狀的其他例子的圖。

圖14f是表示縫隙的形狀的其他例子的圖。

圖15是表示將圖14a～圖14c所示的三種縫隙112b～112d以及i型縫隙配置在導(dǎo)波部件122上時(shí)的平面布局的圖。

圖16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17是表示本車輛500的車載雷達(dá)系統(tǒng)510的圖。

圖18a是表示車載雷達(dá)系統(tǒng)510的陣列天線aa與多個(gè)入射波k的關(guān)系的圖。

圖18b是表示接收第k個(gè)入射波的陣列天線aa的圖。

圖19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(gè)例子的框圖。

圖20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21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22是表示應(yīng)用例中的雷達(dá)系統(tǒng)510的更詳細(xì)的結(jié)構(gòu)例的框圖。

圖23是表示根據(jù)三角波生成電路581生成的信號(hào)調(diào)制的發(fā)送信號(hào)的頻率變化的圖。

圖24是表示“上行”期間的拍頻fu以及“下行”期間的拍頻fd的圖。

圖25是表示通過具有處理器pr以及存儲(chǔ)裝置md的硬件實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理電路560的方式的例子的圖。

圖26是表示三個(gè)頻率f1、f2、f3的關(guān)系的圖。

圖27是表示復(fù)平面上的合成頻譜f1～f3的關(guān)系的圖。

圖28是表示求出基于變形例的相對(duì)速度以及距離的處理的步驟的流程圖。

圖29是與具有攝像頭700和包含縫隙陣列天線的雷達(dá)系統(tǒng)510的融合裝置有關(guān)的圖。

圖30是表示通過將毫米波雷達(dá)510和攝像頭700放在駕駛室內(nèi)的大致相同的位置來使各自的視場(chǎng)、視線一致從而使核對(duì)處理容易的圖。

圖31是表示基于毫米波雷達(dá)的監(jiān)控系統(tǒng)1500的結(jié)構(gòu)例的圖。

圖32是表示數(shù)字式通信系統(tǒng)800a的結(jié)構(gòu)的框圖。

圖33是表示包含能夠使電波的發(fā)射模式發(fā)生改變的發(fā)送器810b的通信系統(tǒng)800b的例子的框圖。

圖34是表示裝配有mimo功能的通信系統(tǒng)800c的例子的框圖。

[符號(hào)說明]

100導(dǎo)波路裝置

110第一導(dǎo)電部件

110a第一導(dǎo)電部件的導(dǎo)電性表面

112、112a、112b、112c、112d縫隙

113d縫隙的凸部

113l縫隙的縱部

113l縫隙的橫部

114喇叭

120第二導(dǎo)電部件

120a第二導(dǎo)電部件的導(dǎo)電性表面

122、122l、122u導(dǎo)波部件

122a導(dǎo)波面

122b凸部

在圖6a的例子中，波導(dǎo)面122a的寬度與橫部分113t的長(zhǎng)度相等。但是，即使如圖6b那樣波導(dǎo)面122a的寬度小于橫部分113t的長(zhǎng)度，縫隙112也作為天線元件動(dòng)作。相同地，即使如圖6c那樣波導(dǎo)面122a的寬度大于橫部分113t的長(zhǎng)度，縫隙112也作為天線元件動(dòng)作。但是，波導(dǎo)面122a的寬度必須小于包含一對(duì)縱部分113l的縫隙112的寬度。并且，如圖6a～圖6c所示，在從z方向、即與波導(dǎo)面122a垂直的方向觀察時(shí)，波導(dǎo)面122a必須與縫隙112的橫部分113t交叉。

122c’接近極小部位

122d微小附加要素

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

125人工磁導(dǎo)體的表面

140第三導(dǎo)電部件

145、145l、145u端口

190電子回路

200縫隙陣列天線

500本車輛

502前方車輛

510車載雷達(dá)系統(tǒng)

520行駛支援電子控制裝置

530雷達(dá)信號(hào)處理裝置

540通信設(shè)備

550計(jì)算機(jī)

552數(shù)據(jù)庫

560信號(hào)處理電路

570物體檢測(cè)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攝像頭

720圖像處理電路800a、800b、800c通信系統(tǒng)

810a、810b、830發(fā)送器

820a、840接收器

813、832編碼器

823、842解碼器

814調(diào)制器

824解調(diào)器

1010、1020傳感器部

1011、1021天線

1012、1022毫米波雷達(dá)檢測(cè)部

1013、1023通信部

1015、1025監(jiān)控對(duì)象

1100主體部

1101處理部

1102數(shù)據(jù)蓄積部

1103通信部

1200其他系統(tǒng)

1300通信線路

1500監(jiān)控系統(tǒng)

具體實(shí)施方式

＜成為本公開的基礎(chǔ)的見解＞

在說明本公開的實(shí)施方式之前，對(duì)成為本公開的基礎(chǔ)的見解進(jìn)行說明。

在要求天線以及導(dǎo)波路薄型化的用途(例如，車載毫米波雷達(dá)的用途)中，廣泛采用適于天線結(jié)構(gòu)。陣列天線所要求的性能有增益和定向特性。增益確定雷達(dá)的檢測(cè)距離。定向特性確定檢測(cè)區(qū)域、角度分辨率以及鏡像抑制度。信號(hào)波(例如，高頻的信號(hào)波)經(jīng)由饋線向例如具有多個(gè)天線元件的陣列天線的各天線元件(發(fā)射元件)供給。信號(hào)波的供給方法根據(jù)陣列天線所要求的性能而不同。例如，在以增益最大化為目的的情況下，能夠利用在饋線上形成駐波且向直列插入于饋線的天線元件提供高頻信號(hào)的方式(以下，稱作“駐波串饋”)。

前述的專利文獻(xiàn)1以及非專利文獻(xiàn)1所公開的脊形導(dǎo)波路設(shè)置在能夠作為人工磁導(dǎo)體發(fā)揮功能的對(duì)開式鐵芯結(jié)構(gòu)中。本公開的利用這種人工磁導(dǎo)體的脊形導(dǎo)波路(以下，有時(shí)稱作wrg：waffle-ironridgewaveguide。)能夠在微波段或毫米波段中實(shí)現(xiàn)損耗低的天線饋線。并且，通過利用這種脊形導(dǎo)波路，能夠高密度地配置天線元件。

圖1是示意地表示具有脊形導(dǎo)波路的縫隙陣列天線201的結(jié)構(gòu)例的立體圖。圖示的縫隙陣列天線201具有第一導(dǎo)電部件110和與第一導(dǎo)電部件110相向的第二導(dǎo)電部件120。為了便于理解，圖1示意地表示處于使第一導(dǎo)電部件110與第二導(dǎo)電部件120的間隔過大地隔開的狀態(tài)的縫隙陣列天線201。第一導(dǎo)電部件110的表面由導(dǎo)電性材料構(gòu)成。第一導(dǎo)電部件110具有多個(gè)縫隙112作為發(fā)射元件。在第二導(dǎo)電部件120的上方設(shè)置有導(dǎo)波部件(脊部)122和多個(gè)導(dǎo)電性桿124，所述導(dǎo)波部件122具有導(dǎo)電性的導(dǎo)波面122a，所述導(dǎo)波面122a與由多個(gè)縫隙112構(gòu)成的縫隙列相向。多個(gè)導(dǎo)電性桿124配置在導(dǎo)波部件122的兩側(cè)，與第二導(dǎo)電部件120的導(dǎo)電性表面一同形成人工磁導(dǎo)體。電磁波無法在人工磁導(dǎo)體與第一導(dǎo)電部件110的導(dǎo)電性表面之間的空間中傳播。因此，電磁波(信號(hào)波)一邊在形成于導(dǎo)波面122a與第一導(dǎo)電部件110的導(dǎo)電性表面之間的導(dǎo)波路中傳播，一邊激振各縫隙112。由此，從各縫隙112發(fā)射電磁波。在以下說明中使用直角坐標(biāo)系，在該直角坐標(biāo)系中，將脊部122的寬度方向設(shè)為x軸方向，將脊部122延伸的方向設(shè)為y軸方向，將與脊部122的作為上表面的導(dǎo)波面122a垂直的方向設(shè)為z軸方向。

在圖1所示的結(jié)構(gòu)中，從z方向觀察的各縫隙112的開口的形狀具有沿著x方向呈直線狀延伸的形狀。在本說明書中，有時(shí)將這種縫隙的形狀稱作“i形狀”。在使用這種i形狀的縫隙112的情況下，當(dāng)接收或發(fā)送時(shí)，在縫隙112的中央部誘發(fā)在與內(nèi)周面垂直的方向(y方向)上振動(dòng)的電場(chǎng)。能夠?qū)⑦@種縫隙112作為天線元件進(jìn)行電磁波的發(fā)送或接收。

在圖1的例子中，導(dǎo)波部件122以及多個(gè)縫隙112的列(縫隙列)的數(shù)量均為一個(gè)，但這些也可以是多個(gè)。例如，能夠構(gòu)成具有如下部件的縫隙陣列天線：平行排列的多個(gè)導(dǎo)波部件122；以及分別與這些導(dǎo)波部件122對(duì)應(yīng)的多個(gè)縫隙列。

在使用如圖1所示的i形狀的縫隙的情況下，由于縫隙在x方向上的尺寸大，因此尤其在x方向上排列多個(gè)縫隙的情況下，很難高密度地配置縫隙。為了使i形狀的縫隙作為天線元件發(fā)揮功能，需要使縫隙的長(zhǎng)度方向(在圖1的例子中x方向)的尺寸大于收發(fā)的電磁波的自由空間中的波長(zhǎng)λo的一半。其結(jié)果是，在x方向上相鄰的兩個(gè)縫隙的中心間距也大于波長(zhǎng)λo的一半。在為了提高定向特性而在縫隙的周圍設(shè)置后述的喇叭的情況下，縫隙的間隔會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。由于這種限制，在使用i形狀的縫隙的情況下，在縫隙的長(zhǎng)度方向上的裝置的尺寸變大。

本發(fā)明人等基于上述考察完成了本公開的技術(shù)。在本公開的實(shí)施方式中，縫隙具有由一對(duì)縱部分以及連接一對(duì)縱部分的橫部分構(gòu)成的形狀。橫部分連接一對(duì)縱部分的中心之間的形狀有時(shí)類似于字母“h”，因此有時(shí)稱作“h形狀”。有時(shí)將具有橫部分連接一對(duì)縱部分的形狀的縫隙更通俗地稱作“復(fù)合縫隙”?？p隙以該橫部分與導(dǎo)波部件的導(dǎo)波面相向且與導(dǎo)波部件延伸的方向交叉(例如正交)的方式配置。通過這種結(jié)構(gòu)，能夠減小縫隙在x方向上的尺寸。其結(jié)果是，例如能夠在x方向上高密度地配置多個(gè)縫隙。另外，本公開的技術(shù)并不限定于具有多個(gè)縫隙的縫隙陣列天線，還能夠應(yīng)用于只具有一個(gè)縫隙的縫隙天線。例如，為了實(shí)現(xiàn)具有廣角的定向性的天線裝置，還能夠?qū)ⅹ?dú)立的h型縫隙作為天線元件。以下，對(duì)基于本公開的實(shí)施方式的縫隙陣列天線的更具體的結(jié)構(gòu)例進(jìn)行說明。但是，有時(shí)省略不必要的詳細(xì)說明。例如，有時(shí)省略已周知的事項(xiàng)的詳細(xì)說明以及對(duì)實(shí)際相同的結(jié)構(gòu)的重復(fù)說明。這是為了避免以下說明不必要地冗長(zhǎng)，便于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解。另外，發(fā)明人為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員充分理解本公開而提供附圖以及以下說明，并非通過這些限定權(quán)利要求書中記載的主題。

在本說明書中，將具有至少一個(gè)縫隙作為天線元件的天線裝置稱作“縫隙天線”。尤其將具有多個(gè)縫隙作為天線元件的縫隙天線稱作“縫隙陣列天線”。將“縫隙陣列天線”有時(shí)還稱作“縫隙天線陣列”。在以下說明中，主要例示具有多個(gè)天線元件的縫隙陣列天線，但是如上所述，本公開還包括具有獨(dú)立的縫隙的縫隙天線。

＜實(shí)施方式＞

首先，對(duì)本公開的實(shí)施方式中的縫隙天線的基本結(jié)構(gòu)的例子進(jìn)行說明。

在本公開的實(shí)施方式中的縫隙陣列天線中，能夠利用配置在導(dǎo)波部件的兩側(cè)的人工磁導(dǎo)體進(jìn)行電磁波的導(dǎo)波，并利用導(dǎo)電部件所具有的一個(gè)或多個(gè)縫隙進(jìn)行電磁波的發(fā)射或入射。通過利用人工磁導(dǎo)體，能夠抑制高頻信號(hào)在導(dǎo)波部件(例如，具有導(dǎo)電性的導(dǎo)波面的脊部)的兩側(cè)泄漏。

人工磁導(dǎo)體為通過人工方式實(shí)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(chǎng)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(chǎng)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，但例如能夠通過導(dǎo)電性桿的排列那樣的人工結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。人工磁導(dǎo)體在通過其結(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(傳播截止頻帶或受限帶)中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(shí)稱作高阻抗面。

如專利文獻(xiàn)1以及2以及非專利文獻(xiàn)1以及2中公開，能夠通過在行以及列方向上排列的多個(gè)導(dǎo)電性桿實(shí)現(xiàn)人工磁導(dǎo)體。并且，導(dǎo)電性桿只要一維或二維地分布即可，無需以特定的周期和明確的行和列配置。這種桿為從導(dǎo)電性部件突出的部分(突出部)，有時(shí)還被稱作柱或銷。本公開的一實(shí)施方式中的縫隙陣列天線具有相向的一對(duì)導(dǎo)電性部件(導(dǎo)電板)。一個(gè)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)體的傳播截止頻帶中所含的頻率的電磁波在該導(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。

圖2是示意地表示本公開的例示性的實(shí)施方式中的縫隙陣列天線200(以下，有時(shí)還稱作“縫隙天線200”。)的結(jié)構(gòu)的立體圖。在圖2中，示出了表示相互正交的x、y、z方向的xyz坐標(biāo)。圖示的縫隙陣列天線200具有相向且平行地配置的板狀的第一導(dǎo)電部件110以及第二導(dǎo)電部件120。第一導(dǎo)電部件110具有沿著第一方向(y方向)排列的多個(gè)縫隙112。在第二導(dǎo)電部件120排列有多個(gè)導(dǎo)電性桿124。

另外，本申請(qǐng)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(duì)本公開的實(shí)施方式在實(shí)際實(shí)施時(shí)的方向進(jìn)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(shí)際的形狀以及大小。

圖3a是示意地表示通過一個(gè)縫隙112的中心的截面的結(jié)構(gòu)的圖。如圖3a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(kuò)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無需為平滑的平面，可以灣曲，或者也可以具有微小的凹凸。

圖4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)的縫隙陣列天線200的立體圖。在實(shí)際的縫隙陣列天線200中，如圖2以及圖3a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的導(dǎo)電性桿124的方式配置。

再次參照?qǐng)D3a。排列在第二導(dǎo)電部件120上的多個(gè)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(gè)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，只要是沿著桿狀結(jié)構(gòu)物的至少上表面以及側(cè)面擴(kuò)展的導(dǎo)電層即可。該導(dǎo)電層可以位于桿狀結(jié)構(gòu)物的表層，但是也可以是表層進(jìn)行絕緣涂裝或由樹脂層構(gòu)成、且在桿狀結(jié)構(gòu)物的表面不存在導(dǎo)電層的狀態(tài)。并且，第二導(dǎo)電部件120只要能夠支承多個(gè)導(dǎo)電性桿124來實(shí)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(gè)導(dǎo)電性桿124的一側(cè)的面120a具有導(dǎo)電性，相鄰的多個(gè)導(dǎo)電性桿124的表面用導(dǎo)電體連接即可。并且，第二導(dǎo)電部件120的具有導(dǎo)電性的層也可以進(jìn)行絕緣涂裝，或者被樹脂層覆蓋。換句話說，第二導(dǎo)電部件120以及多個(gè)導(dǎo)電性桿124的組合整體具有與第一導(dǎo)電部件110的導(dǎo)電性表面110a相向的凹凸?fàn)畹膶?dǎo)電層即可。

在第二導(dǎo)電部件120上，在多個(gè)導(dǎo)電性桿124之間配置有脊?fàn)畹膶?dǎo)波部件122。更詳細(xì)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4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與導(dǎo)電性桿124的高度以及寬度不同。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(gè)導(dǎo)電性桿124以及導(dǎo)波部件122也可以為連續(xù)的單獨(dú)的結(jié)構(gòu)體的一部分。而且，第一導(dǎo)電部件110也可以是該單獨(dú)的結(jié)構(gòu)體的一部分。

導(dǎo)波部件122的導(dǎo)波面122a具有沿著y方向延伸的條形狀。在本說明書中，“條形狀”并不指條紋(stripes)形狀，而是指單獨(dú)的條(astripe)形狀。不僅包含在一個(gè)方向上直線地延伸的形狀，中途彎曲或分支的形狀也包含于“條形狀”。另外，也可以在導(dǎo)波面122a上設(shè)置有高度或?qū)挾扔凶兓牟糠帧Ｔ谶@種情況下，只要是包含從導(dǎo)波面122a的法線方向觀察時(shí)沿著一個(gè)方向延伸的部分的形狀，則也相當(dāng)于“條形狀”。將“條形狀”還有時(shí)稱作“帶形狀”。導(dǎo)波面122a在與多個(gè)縫隙112相向的區(qū)域，無需在y方向上直線地延伸，也可以中途彎曲或分支。

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)體以使在縫隙陣列天線200的導(dǎo)波路內(nèi)傳播的信號(hào)波的頻率(以下，有時(shí)稱作“動(dòng)作頻率”。)包含于受限帶的方式設(shè)計(jì)。受限帶能夠通過導(dǎo)電性桿124的高度、即形成于相鄰的導(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。

在本實(shí)施方式中，第一導(dǎo)電部件110整體由導(dǎo)電性材料構(gòu)成，各縫隙112是設(shè)置于第一導(dǎo)電部件110的開口。但是，縫隙112并不限定于這種結(jié)構(gòu)。例如，在第一導(dǎo)電部件110包含內(nèi)部的電介質(zhì)層和表面的導(dǎo)電層的結(jié)構(gòu)中，即使是只在導(dǎo)電層設(shè)置開口而在電介質(zhì)層未設(shè)置有開口的結(jié)構(gòu)，也作為縫隙發(fā)揮功能。

縫隙天線200用于自用空間內(nèi)的中心波長(zhǎng)為λo的電磁波的發(fā)送以及接收中的至少一方。將波長(zhǎng)為λo的電磁波在第一導(dǎo)電部件110與導(dǎo)波部件122之間的導(dǎo)波路中傳播時(shí)的波長(zhǎng)設(shè)為λg。第一導(dǎo)電部件110與導(dǎo)波部件122之間的導(dǎo)波路的兩端被開放?？p隙間隔例如設(shè)定為導(dǎo)波路中的電磁波的波長(zhǎng)λg的整數(shù)倍(典型地為一倍)。也可以在導(dǎo)波面122a和/或其正上方的導(dǎo)電性表面110a設(shè)置有凸部或凹部等結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)使導(dǎo)波面122a與導(dǎo)電性表面110a的間隔(間隙)比相鄰的部位的該間隔擴(kuò)大或縮小。并且，導(dǎo)波面122a也可以包含使寬度(x方向的尺寸)比相鄰的部位的寬度擴(kuò)大的部位(稱作“寬大部”)或使寬度縮小的部位(稱作“窄小部”)。這種凸部、凹部、寬大部以及窄小部使導(dǎo)波路(傳輸路)的電容以及電感中的至少一個(gè)沿著y方向發(fā)生改變。在本說明書中，有時(shí)將這種結(jié)構(gòu)稱作“附加要素”。通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)置這種附加要素，能夠調(diào)整所傳播的電磁波的相位，使波長(zhǎng)λg發(fā)生改變。在設(shè)置了附加要素的情況下，λg既能大于不具有這種結(jié)構(gòu)時(shí)的脊形導(dǎo)波路中的電磁波的波長(zhǎng)λr，又能小于不具有這種結(jié)構(gòu)時(shí)的脊形導(dǎo)波路中的電磁波的波長(zhǎng)λr。但是在本實(shí)施方式中，由于導(dǎo)波面122a平坦，因此λg與λr相同。

圖4中雖未示出，但能夠靠近導(dǎo)波部件122的y方向上的兩端設(shè)置扼流結(jié)構(gòu)。扼流結(jié)構(gòu)典型地能夠由如下構(gòu)成：長(zhǎng)度為大約λg/4的附加傳輸線路；以及配置在該附加傳輸線路的端部的深度為約λo/4的多個(gè)槽的列或高度為約λo/4的多個(gè)桿的列。扼流結(jié)構(gòu)在入射波與反射波之間賦予約180°(π)的相位差，抑制電磁波從導(dǎo)波部件122的兩端泄漏。這種扼流結(jié)構(gòu)并不限定于設(shè)置在第二導(dǎo)電部件120上，也可以設(shè)置于第一導(dǎo)電部件110。

雖未圖示，但縫隙天線200中的導(dǎo)波結(jié)構(gòu)具有與未圖示的發(fā)送電路或接收電路(即電子回路)連接的端口(開口部)。端口例如能夠設(shè)置在圖4所示的導(dǎo)波部件122的一端或中間的位置(例如中央部)。經(jīng)由端口從發(fā)送電路輸送來的信號(hào)波在脊部122上的導(dǎo)波路中傳播，并從各縫隙112發(fā)射。另一方面，從各縫隙112向?qū)Р穼?dǎo)入的電磁波經(jīng)由端口傳播至接收電路。也可以在第二導(dǎo)電部件120的背側(cè)設(shè)置具有與發(fā)送電路或接收電路連接的其他導(dǎo)波路的結(jié)構(gòu)體(在本說明書中，有時(shí)稱作“分配層”)。在該情況下，端口起到連接分配層中的導(dǎo)波路與導(dǎo)波部件122上的導(dǎo)波路的作用。

另外，可以將相鄰的兩個(gè)縫隙的中心之間的距離設(shè)為與波長(zhǎng)λg不同的值。通過如此設(shè)置，由于在多個(gè)縫隙112的位置產(chǎn)生相位差，因此能夠使被發(fā)射的電磁波相長(zhǎng)的方位從正面方向朝向yz面內(nèi)的其他方位錯(cuò)開。如此，根據(jù)圖4所示的縫隙天線200，能夠調(diào)整yz面內(nèi)的定向性。

可以將這種在導(dǎo)波路設(shè)置有多個(gè)縫隙的天線在與作為縫隙的排列方向的第一方向交叉的第二方向(例如，與第一方向垂直的x方向)上排列多個(gè)。這種在平板狀的導(dǎo)電部件二維設(shè)置有多個(gè)縫隙的陣列天線還被稱作平板陣列天線。這種陣列天線具有平行地排列的多個(gè)縫隙列和多個(gè)導(dǎo)波部件。多個(gè)導(dǎo)波部件分別具有導(dǎo)波面，這些導(dǎo)波面分別與多個(gè)縫隙列相向。根據(jù)目標(biāo)天線性能，能夠在多個(gè)導(dǎo)波面上適當(dāng)?shù)匦纬扇缟纤龅母郊右?。另外，平行排列的多個(gè)縫隙列的長(zhǎng)度(縫隙列的兩端的縫隙之間的長(zhǎng)度)也可以根據(jù)用途相互不同。也可以設(shè)為在與x方向相鄰的兩個(gè)列之間使各縫隙的y方向的位置錯(cuò)開的交錯(cuò)狀(staggered)排列。并且，多個(gè)縫隙列以及多個(gè)導(dǎo)波部件也可以根據(jù)用途不平行地呈角度排列。

＜各部件的尺寸等的例子＞

接著，參照?qǐng)D5對(duì)本實(shí)施方式中的各部件的尺寸、形狀、配置等的例子進(jìn)行說明。

圖5是表示圖3a所示的結(jié)構(gòu)中的各部件的尺寸范圍的例子的圖?？p隙陣列天線用于規(guī)定的頻帶(動(dòng)作頻帶)的電磁波的發(fā)送以及接收中的至少一方。在以下說明中，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(hào)波)在自由空間中的波長(zhǎng)(在動(dòng)作頻帶存在擴(kuò)展的情況下，與中心頻率對(duì)應(yīng)的中心波長(zhǎng))設(shè)為λo。并且，將動(dòng)作頻帶中的最高頻率的電磁波在自由空間中的波長(zhǎng)(最短波長(zhǎng))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5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λo/2(優(yōu)選小于λm/2)。若在該范圍內(nèi)，則能夠防止關(guān)于自由空間波長(zhǎng)為λo的信號(hào)波在x方向以及y方向上產(chǎn)生最低次的諧振。另外，不僅是x以及y方向，在xy截面的對(duì)角方向上也有可能引起諧振，因此優(yōu)選導(dǎo)電性桿124的xy截面的對(duì)角線的長(zhǎng)度也小于λo/2(優(yōu)選小于λm/2)。桿的寬度以及對(duì)角線的長(zhǎng)度的下限值為能夠通過加工方法制作的最小長(zhǎng)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(zhǎng)且小于λo/2(優(yōu)選小于λm/2)。在該距離為λo/2以上的情況下，關(guān)于自由空間波長(zhǎng)為λo的信號(hào)波在導(dǎo)電性桿124的基部124b與導(dǎo)電性表面110a之間產(chǎn)生諧振，失去信號(hào)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(dāng)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(hào)波在導(dǎo)波路中傳播的情況下，信號(hào)波的波長(zhǎng)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(shí)現(xiàn)這種窄的間隔的方式相向配置，則第一導(dǎo)電部件110與第二導(dǎo)電部件120無需嚴(yán)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λo/2(優(yōu)選小于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以及第二導(dǎo)電部件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(jì)。

圖3a所示的例子中，導(dǎo)電性表面120a為平面，但是本公開的實(shí)施方式并不限定于此。例如，如圖3b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(kuò)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之間的距離短于波長(zhǎng)λo或λm的一半，則圖3b所示的裝置也能夠作為本公開的實(shí)施方式中的縫隙天線發(fā)揮功能。

(3)從導(dǎo)電性桿的頂端部到導(dǎo)電性表面的距離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λo/2(優(yōu)選小于λm/2)。這是因?yàn)?，在該距離為λo/2以上的情況下，關(guān)于自由空間波長(zhǎng)為λo的信號(hào)波產(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。另外，多個(gè)導(dǎo)電性桿124中的至少與導(dǎo)波部件122(后述)相鄰的導(dǎo)電性桿124處于頂端與導(dǎo)電性表面110a非電接觸的狀態(tài)。在此，導(dǎo)電性桿的頂端與導(dǎo)電性表面非電接觸的狀態(tài)是指以下狀態(tài)中的任一狀態(tài)：在頂端與導(dǎo)電性表面之間存在空隙的狀態(tài)；以及在導(dǎo)電性桿的頂端和導(dǎo)電性表面中的任一方存在絕緣層，導(dǎo)電性桿的頂端與導(dǎo)電性表面隔著絕緣層接觸的狀態(tài)。

(4)導(dǎo)電性桿的排列以及形狀

多個(gè)導(dǎo)電性桿124中的相鄰的兩個(gè)導(dǎo)電性桿124之間的間隙例如具有小于λo/2(優(yōu)選小于λm/2)的寬度。相鄰的兩個(gè)導(dǎo)電性桿124之間的間隙的寬度根據(jù)從該兩個(gè)導(dǎo)電性桿124的一個(gè)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。該桿之間的間隙的寬度以在桿之間的區(qū)域不引起最低次的諧振的方式確定。產(chǎn)生諧振的條件根據(jù)導(dǎo)電性桿124的高度、相鄰的兩個(gè)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確定。由此，桿之間的間隙的寬度可以依據(jù)其他設(shè)計(jì)參數(shù)適當(dāng)?shù)卮_定。桿之間的間隙的寬度并無明確的下限，但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λo/16以上。另外，間隙的寬度無需固定。若小于λo/2，則導(dǎo)電性桿124之間的間隙也可以具有各種寬度。

多個(gè)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(gè)導(dǎo)電性桿124無需呈正交的行以及列狀排列，行以及列也可以呈90度以外的角度交叉。多個(gè)導(dǎo)電性桿124無需沿著行或列排列在直線上，也可以不呈現(xiàn)簡(jiǎn)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(gè)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(yán)格意義上的平面，也可以為具有細(xì)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(gè)導(dǎo)電性桿124能夠具有多樣性。

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，導(dǎo)電性桿124無需具有簡(jiǎn)單的柱狀的形狀，例如也可以具有傘形(mushroom)。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(shí)現(xiàn)，能夠?qū)⒍鄻拥娜斯ご艑?dǎo)體用于本公開的導(dǎo)波路結(jié)構(gòu)。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(duì)角線的長(zhǎng)度小于λo/2。當(dāng)為橢圓形狀時(shí)，優(yōu)選長(zhǎng)軸的長(zhǎng)度小于λo/2(進(jìn)一步優(yōu)選小于λm/2)。在頂端部124a呈另一其他形狀的情況下，也優(yōu)選該跨度尺寸在最長(zhǎng)的部分也小于λo/2(進(jìn)一步優(yōu)選小于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λo/2(優(yōu)選小于λm/2，例如λo/8)。這是因?yàn)?，若?dǎo)波面122a的寬度為λo/2以上，則關(guān)于自由空間波長(zhǎng)為λo的信號(hào)波在寬度方向上引起諧振，若引起諧振，則wrg無法作為簡(jiǎn)單的傳輸線路動(dòng)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λo/2(優(yōu)選小于λm/2)。這是因?yàn)?，在該距離為λo/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λo/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λo/2或小于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λo/2(優(yōu)選小于λm/2)。這是因?yàn)?，在該距離為λo/2以上的情況下，關(guān)于自由空間波長(zhǎng)為λo的信號(hào)波在導(dǎo)波面122a與導(dǎo)電性表面110a之間引起諧振，無法作為導(dǎo)波路發(fā)揮功能。在某一例子中，該距離為λo/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)選將距離l1例如設(shè)為λo/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與導(dǎo)電性桿124的頂端部124a的距離l2的下限依賴于機(jī)械工作的精度以及將上下兩個(gè)導(dǎo)電部件110、120以確保固定距離的方式組裝時(shí)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(shí)際下限為50微米(μm)左右。在利用制造mems(micro-electro-mechanicalsystem：微機(jī)電系統(tǒng))的方法制作例如太赫茲區(qū)域的產(chǎn)品的情況下，上述距離的下限為2～3μm左右。

(8)縫隙的排列間隔以及大小

將在導(dǎo)波路中傳播的信號(hào)波在導(dǎo)波路中的波長(zhǎng)(在動(dòng)作頻帶存在擴(kuò)展的情況下，與中心頻率對(duì)應(yīng)的中心波長(zhǎng))設(shè)為λg時(shí)，縫隙天線200中的相鄰的兩個(gè)縫隙112的中心之間的距離(縫隙間隔)a例如能夠設(shè)定為λg的整數(shù)倍(典型地為與λg相同的值)。由此，在適用駐波串饋的情況下，能夠在各縫隙的位置實(shí)現(xiàn)等振幅且等相位的狀態(tài)。另外，由于相鄰的兩個(gè)縫隙的中心之間的距離a根據(jù)所要求的定向特性確定，因此還存在與λg不一致的情況。在本實(shí)施方式中，縫隙112的數(shù)量為六個(gè)，但是縫隙112的數(shù)量也可以是兩個(gè)以上的任意數(shù)量。

圖6a～圖6c是示意地表示從z方向觀察的縫隙112的開口的形狀的圖。位于縫隙112的正下方的導(dǎo)波面122a的邊緣也用虛線表示。在該例子中，各縫隙112具有由一對(duì)縱部分113l以及連接一對(duì)縱部分113l的橫部分113t構(gòu)成的h形狀。橫部分113t連接一對(duì)縱部分113l的中心之間。各縫隙的一對(duì)縱部分113l的中心之間的距離和縱部分的一個(gè)長(zhǎng)度之和(相當(dāng)于圖6a～圖6c中所示的箭頭的長(zhǎng)度)l設(shè)定為不引起高次模的振動(dòng)且縫隙的電感不過于小的值。例如，l設(shè)定在λo/2＜l＜λo的范圍內(nèi)。橫部分以及各縱部分的寬度w能夠小于λo/2。另外，以充分利用高次模為目的，還有時(shí)能夠?qū)設(shè)成大于λo。

在圖6a的例子中，導(dǎo)波面122a的寬度與橫部分113t的長(zhǎng)度相等。但是，即使如圖6b那樣導(dǎo)波面122a的寬度小于橫部分113t的長(zhǎng)度，縫隙112也作為天線元件動(dòng)作。相同地，即使如圖6c那樣導(dǎo)波面122a的寬度大于橫部分113t的長(zhǎng)度，縫隙112也作為天線元件動(dòng)作。但是，導(dǎo)波面122a的寬度必須小于包含一對(duì)縱部分113l的縫隙112的寬度。并且，如圖6a～圖6ac所示，在從z方向、即與導(dǎo)波面122a垂直的方向觀察時(shí)，導(dǎo)波面122a必須與縫隙112的橫部分113t交叉。

如上所述，在本實(shí)施方式中，人工磁導(dǎo)體具有多個(gè)導(dǎo)電性桿124，多個(gè)導(dǎo)電性桿124分別具有與第一導(dǎo)電性表面110a相向的頂端部。縫隙天線200用于規(guī)定頻帶的電磁波的發(fā)送以及接收中的至少一方。導(dǎo)波部件122的寬度(x方向的尺寸)、各導(dǎo)電性桿124的寬度、相鄰的兩個(gè)導(dǎo)電性桿之間的空間寬度、第一導(dǎo)電性表面110a與第二導(dǎo)電性表面120a之間的距離以及和導(dǎo)波部件122相鄰的導(dǎo)電性桿124與導(dǎo)波部件122之間的空間寬度能夠設(shè)定為小于λo/2或小于λm/2。

接著，對(duì)本公開的實(shí)施方式的其他結(jié)構(gòu)例進(jìn)行說明。

·具有喇叭的結(jié)構(gòu)

圖7a是表示具有喇叭的縫隙天線200的結(jié)構(gòu)例的立體圖。圖7b是分別將圖7a所示的第一導(dǎo)電部件110以及第二導(dǎo)電部件120從+z方向觀察到的俯視圖。為了方便起見，圖7a以及圖7b示出了第一導(dǎo)電部件110具有兩個(gè)縫隙112和分別環(huán)繞兩個(gè)縫隙112的兩個(gè)喇叭114的例子?？p隙112的數(shù)量以及喇叭114的數(shù)量可以為一個(gè)，也可以為三個(gè)以上。

各喇叭114至少具有表面由導(dǎo)電性材料構(gòu)成的四個(gè)側(cè)壁(即，兩組的一對(duì)導(dǎo)電壁)。各側(cè)壁相對(duì)于與第一導(dǎo)電部件110的表面垂直的方向傾斜。通過設(shè)置喇叭114，能夠提高從各縫隙112發(fā)射的電磁波的定向性。喇叭114的形狀并不限定于圖示的形狀。例如，各側(cè)壁也可以具有與第一導(dǎo)電部件110的表面垂直的部分。

·導(dǎo)波部件、導(dǎo)電部件以及導(dǎo)電性桿的變形例

接著，對(duì)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(jìn)行說明。

圖8a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、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)的例子的剖視圖。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。這樣一來，導(dǎo)波部件122、第一導(dǎo)電部件110以及第二導(dǎo)電部件120中的每一個(gè)也可以不全都具有導(dǎo)電性。

圖8b是表示導(dǎo)波部件122未形成在第二導(dǎo)電部件120上的變形例的圖。在該例子中，導(dǎo)波部件122固定于支承部件(例如，框體的內(nèi)壁等)，支承部件支承第一導(dǎo)電部件110和第二導(dǎo)電部件120。在導(dǎo)波部件122與第二導(dǎo)電部件120之間存在間隙。如此，導(dǎo)波部件122也可以與第二導(dǎo)電部件120不連接。

圖8c是表示第二導(dǎo)電部件120、導(dǎo)波部件122以及多個(gè)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)的例子的圖。第二導(dǎo)電部件120、導(dǎo)波部件122以及多個(gè)導(dǎo)電性桿124利用導(dǎo)電體相互連接。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8d以及圖8e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)的例子的圖。圖8d示出利用電介質(zhì)層覆蓋作為導(dǎo)電體的金屬制的導(dǎo)電部件的表面的結(jié)構(gòu)的例子。圖8e示出導(dǎo)電部件120具有利用金屬等導(dǎo)電體覆蓋樹脂等電介質(zhì)制的部件的表面，再利用電介質(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)層可以是樹脂等涂膜，也可以是通過該金屬的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(hù)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8f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中的與導(dǎo)波面122a相向的部分向?qū)Рú考?22側(cè)突出的例子的圖。即使是這種結(jié)構(gòu)，只要滿足圖5所示的尺寸范圍，則也與前述的實(shí)施方式相同地動(dòng)作。

圖8g是表示在圖8f的結(jié)構(gòu)中還將導(dǎo)電性表面110a中的與導(dǎo)電性桿124相向的部分向?qū)щ娦詶U124側(cè)突出的例子的圖。即使是這種結(jié)構(gòu)，只要滿足圖5所示的尺寸范圍，則也與前述的實(shí)施方式相同地動(dòng)作。另外，也可以采用一部分凹陷的結(jié)構(gòu)來代替導(dǎo)電性表面110a的一部分突出的結(jié)構(gòu)。

圖9a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9b是表示還使第二導(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。如這些例子所示，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。

在第二導(dǎo)電部件120上也可以配置有多個(gè)導(dǎo)波部件122。圖10是表示兩個(gè)導(dǎo)波部件122在第二導(dǎo)電部件120上平行地延伸的方式的立體圖。通過將多個(gè)導(dǎo)波部件122設(shè)置在一個(gè)導(dǎo)波結(jié)構(gòu)內(nèi)，能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)縫隙二維地以短的間隔排列的陣列天線。在圖10的結(jié)構(gòu)中，在兩個(gè)導(dǎo)波部件122之間存在包含三列導(dǎo)電性桿124的人工磁導(dǎo)體。另外，在多個(gè)導(dǎo)波部件122所在的整個(gè)區(qū)域的兩側(cè)也配置有人工磁導(dǎo)體。

圖11是16個(gè)縫隙以4行4列排列的陣列天線的從z方向觀察到的俯視圖。圖11b是圖11a的b-b線剖視圖。該陣列天線中的第一導(dǎo)電部件110具有分別與多個(gè)縫隙112對(duì)應(yīng)配置的多個(gè)喇叭114。在圖示的陣列天線中層疊有如下導(dǎo)波路裝置：第一導(dǎo)波路裝置100a，其具有直接與縫隙112耦合的導(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122u耦合的其他導(dǎo)波部件122l。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)。

如圖11a所示，導(dǎo)電部件110具有在第一方向(y方向)以及與第一方向正交的第二方向(x方向)上排列的多個(gè)縫隙112。多個(gè)導(dǎo)波部件122的導(dǎo)波面122a沿著y方向延伸，并與多個(gè)縫隙112中的在y方向上排列的四個(gè)縫隙相向。在該例子中，導(dǎo)電部件110具有以4行4列排列的16個(gè)縫隙112，但是縫隙112的數(shù)量并不限定于該例子。各導(dǎo)波部件122并不限定于與多個(gè)縫隙112中的在y方向上排列的所有縫隙相向的例子，只要與在y方向上相鄰的至少兩個(gè)縫隙相向即可。相鄰的兩個(gè)導(dǎo)波面122a的中心之間的距離例如設(shè)定為短于波長(zhǎng)λo。

圖12a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13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。另一方面，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。第二導(dǎo)波路裝置100b中的“第二導(dǎo)電部件120”與“第三導(dǎo)電部件140”的組合相當(dāng)于第一導(dǎo)波路裝置100a中的“第一導(dǎo)電部件110”與“第二導(dǎo)電部件120”的組合。

第一導(dǎo)波路裝置100a中的導(dǎo)波部件122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耦合。換句話說，在第二導(dǎo)波路裝置100b的導(dǎo)波部件122l中傳播來的電磁波能夠穿過端口145u到達(dá)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(shí)，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到縫隙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耦合，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(dá)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)耦合。在圖13中，作為一個(gè)例子示出了與端口145l連接的電子回路190。電子回路190并不限定于配置在特定的位置，可以配置在任意位置。電子回路190例如能夠配置在第三導(dǎo)電部件140的背面?zhèn)?圖11b中的下側(cè))的電路基板。這種電子回路可以為微波集成電路，例如可以為生成或接收毫米波段的mmic(monolithicmicrowaveintegratedcircuit：?jiǎn)纹⒉呻娐?。

能夠?qū)D11a所示的第一導(dǎo)電部件110稱作“發(fā)射層”。并且，也可以將圖12a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13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(duì)一張金屬板進(jìn)行加工來量產(chǎn)。發(fā)射層、激振層、分配層以及設(shè)置在分配層的背面?zhèn)鹊碾娮踊芈纺軌蜃鳛槟＝M化的一個(gè)產(chǎn)品制造。

由圖11b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(shí)現(xiàn)了平坦并且低輪廓(lowprofile)的平板天線。例如，能夠?qū)⒕哂袌D11b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13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?qǐng)D12a)的距離設(shè)定為全部相等的值。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(hào)波分別以相同的相位到達(dá)第二導(dǎo)電部件120的四個(gè)端口145u。其結(jié)果是，配置在第二導(dǎo)電部件120上的四個(gè)導(dǎo)波部件122u能夠以相同的相位激振。

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122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122獨(dú)立地傳播相互不同的信號(hào)。

在圖12a的結(jié)構(gòu)中，在相鄰的兩個(gè)導(dǎo)波部件122u之間配置有包含多個(gè)導(dǎo)電性桿124的人工磁導(dǎo)體，但是也可以不配置該人工磁導(dǎo)體。

圖12b是表示在多個(gè)導(dǎo)波部件122中的相鄰的兩個(gè)導(dǎo)波部件122之間未配置有人工磁導(dǎo)體的例子的圖。在使多個(gè)縫隙112以同一相位激振的情況下，即使沿著相鄰的兩個(gè)導(dǎo)波部件122傳播的電磁波混合，也沒問題。由此，在兩個(gè)導(dǎo)波部件122之間也可以不設(shè)置導(dǎo)電性桿124等人工磁導(dǎo)體。即使在該情況下，也在多個(gè)導(dǎo)波部件122排列的區(qū)域的兩側(cè)配置人工磁導(dǎo)體。在本公開中，如圖12b所示，在多個(gè)導(dǎo)波部件122排列的區(qū)域的兩側(cè)配置有人工磁導(dǎo)體的情況下，可以解釋為人工磁導(dǎo)體位于多個(gè)導(dǎo)波部件122各自的兩側(cè)。在這種例子中，與導(dǎo)電性桿124相鄰的兩個(gè)導(dǎo)波部件122u之間在x方向上的間隙的長(zhǎng)度設(shè)定為小于λm/2。

另外，在本說明書中，尊重作為本發(fā)明人之一的桐野的論文(非專利文獻(xiàn)1)以及同一時(shí)期發(fā)表相關(guān)的內(nèi)容的研究的kildal等的論文的記載，使用“人工磁導(dǎo)體”這一術(shù)語記載了本公開的技術(shù)。但是，由本發(fā)明人等的研究結(jié)果明確可知，本公開所涉及的發(fā)明中不必一定需要以往定義中的“人工磁導(dǎo)體”。即，雖然一直認(rèn)為人工磁導(dǎo)體必須采用周期結(jié)構(gòu)，但是為了實(shí)施本公開所涉及的發(fā)明，不必一定需要周期結(jié)構(gòu)。

在本公開中，人工磁導(dǎo)體通過導(dǎo)電性桿的列實(shí)現(xiàn)。由此，一直認(rèn)為，為了阻止朝向遠(yuǎn)離導(dǎo)波面的方向漏出的電磁波，必須在導(dǎo)波部件的一側(cè)存在至少兩個(gè)沿著導(dǎo)波部件(脊部)排列的導(dǎo)電性桿的列。這是因?yàn)?，若最低為兩列，則導(dǎo)電性桿列的配置“周期”就不存在。但是，根據(jù)本發(fā)明人等的研究，即使在平行地延伸的兩個(gè)導(dǎo)波部件之間只配置有一列導(dǎo)電性桿的列的情況下，也能夠?qū)囊粋€(gè)導(dǎo)波部件向另一個(gè)導(dǎo)波部件漏出的信號(hào)的強(qiáng)度抑制在-10db以下。這在大多用途中的實(shí)際使用上充分的值。在只具有不完全的周期結(jié)構(gòu)的狀態(tài)下可以實(shí)現(xiàn)這種充分的級(jí)別的分離的理由至今尚不明確。但是，考慮該情況，為方便起見，在本公開中擴(kuò)展“人工磁導(dǎo)體”的概念，使“人工磁導(dǎo)體”這一術(shù)語還包含只配置一列導(dǎo)電性桿的結(jié)構(gòu)。

在圖11a所示的例子中，所有縫隙112是具有h形狀的h型縫隙。但是，并不限定于這種例子。例如，為了使發(fā)射強(qiáng)度具有分布性，也可以在縱向上排成一列的縫隙陣列中，將中央附近的縫隙設(shè)為h形狀，使h形狀的縱部隨著朝向周邊而變短，從而設(shè)為兩端只具有橫部分的i形狀。這樣一來，縫隙天線中的多個(gè)縫隙中的至少兩個(gè)縫隙可以為h型縫隙。

·縫隙的變形例

接著，對(duì)縫隙112的形狀的變形例進(jìn)行說明。在目前為止的例子中，縫隙112的平面形狀為角部呈直角的h形狀，但是縫隙112也可以具有其他形狀。以下，參照?qǐng)D14a～14c，對(duì)縫隙的形狀的其他例子進(jìn)行說明。

圖14a示出了具有由一對(duì)縱部分113l以及連接一對(duì)縱部分113l的橫部分113t構(gòu)成的h形狀的其他縫隙112b的例子。在該例子中，各縱部113l的兩端的角部呈圓形。橫部分113t與一對(duì)縱部分113l大致垂直，連接一對(duì)縱部分113l的大致中央部彼此。在這種h形狀的縫隙112b中，也以避免引起高次的諧振以及縫隙阻抗過于變小的方式確定縫隙的形狀以及大小。為了滿足上述條件，在將從h形狀的中心點(diǎn)(橫部分113t的中心點(diǎn))至端部(縱部分113l中的任一端部)的沿著橫部分113t以及縱部分113l的長(zhǎng)度的兩倍設(shè)為l時(shí)，設(shè)定為λo/2＜l＜λo，例如約λo/2。因此，能夠?qū)M部分113t的長(zhǎng)度(在圖中用箭頭表示的長(zhǎng)度)設(shè)為例如小于λo/2，從而能夠縮短橫部分113t的長(zhǎng)度方向的縫隙間隔。

圖14b示出了具有橫部分113t以及從橫部分113t的兩端延伸的一對(duì)縱部分113l的縫隙112c的例子。一對(duì)縱部分113l從橫部分113t延伸的方向與橫部分113t大致垂直，且相互相反。橫部分113t的一端與一個(gè)縱部分113l的一端相連，橫部分113t的另一端與另一縱部分113l的一端相連。這種形狀類似于字母“z”或顛倒的“z”的形狀，因此有時(shí)稱作“z形狀”。在該例子中，也能夠?qū)M部分113t的長(zhǎng)度(在圖中用箭頭表示的長(zhǎng)度)設(shè)為例如小于λo/2，因此能夠縮短橫部分113t的長(zhǎng)度方向的縫隙間隔。

圖14c示出了具有橫部分113t以及從橫部分113t的兩端沿著與橫部分113t垂直的相同的方向延伸的一對(duì)縱部分113l的縫隙112d的例子。在該例子中，也是橫部分113t的一端與一個(gè)縱部分113l的一端相連，橫部分113t的另一端與另一縱部分113l的一端相連。這種形狀類似于字母“u”，因此有時(shí)稱作“u形狀”。在該例子中，也能夠?qū)M部分113t的長(zhǎng)度(在圖中用箭頭表示的長(zhǎng)度)設(shè)為例如小于λo/2，因此能夠縮短橫部分113t的長(zhǎng)度方向的縫隙間隔。

圖14d、圖14e、圖14f分別表示分別在縫隙112b、縫隙112c、縫隙112d設(shè)置有凸部113d的縫隙112e、112f、112g的例子。即使是這種形狀的縫隙，也能夠作為本公開的縫隙天線發(fā)揮功能。

在上述h形狀、z形狀以及u形狀這種各縫隙中，橫部與縱部無需正交，只要交叉即可。并且，為方便起見，用“橫部”以及“縱部”的術(shù)語表示，但是這些術(shù)語并不限定實(shí)際使用的縫隙天線中的縫隙的配置或朝向。本公開的實(shí)施方式中的縫隙的平面形狀能夠改稱為包含如下部分的形狀：沿著與導(dǎo)波面延伸的方向、即第一方向交叉的第二方向延伸的第一直線狀部分(相當(dāng)于橫部)；以及沿著與第二方向交叉的第三方向延伸，且分別與第一直線狀部分的兩端連接的一對(duì)第二直線狀部分(相當(dāng)于縱部)。

圖15是表示將圖14a～14c所示的三種縫隙112b～112c和作為比較例的i形狀的縫隙112a配置在導(dǎo)波部件122上時(shí)的平面布局的圖。如圖示，通過使用縫隙112b～112d，與使用縫隙112a時(shí)相比，能夠縮短橫部分113t的長(zhǎng)度方向(稱作“橫向”)的大小。因此，尤其在平行地排列多個(gè)導(dǎo)波部件122的結(jié)構(gòu)中，能夠縮短橫向的縫隙間隔。

另外，在以上例子中，縫隙的橫部(或第一直線狀部分)延伸的方向與導(dǎo)波部件122的寬度方向一致，但是兩者的方向也可以相互交叉。在這種結(jié)構(gòu)中，能夠使被發(fā)射的電磁波的偏振面傾斜。由此，在例如用于車載雷達(dá)的情況下，能夠區(qū)別從本車輛發(fā)射的電磁波與從對(duì)向車量發(fā)射的電磁波。

如上所述，根據(jù)本公開的實(shí)施方式，例如能夠縮小導(dǎo)電部件上的多個(gè)縫隙的間隔，并且能夠進(jìn)行等振幅且等相位的激振。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)小型且高增益的雷達(dá)裝置、雷達(dá)系統(tǒng)或無線通信系統(tǒng)等。本公開的實(shí)施方式并不限定于進(jìn)行等振幅且等相位的激振的方式。例如，還能夠?qū)崿F(xiàn)損害雷達(dá)的輸出效率來降低旁瓣等其他目的。只要在導(dǎo)波面122a或?qū)щ娦员砻?10a適當(dāng)?shù)卦O(shè)置凸部或凹部等附加要素，則也能夠獨(dú)立地調(diào)整各縫隙的位置中的振幅以及相位。在該情況下，能夠以任意的發(fā)射模式發(fā)射電磁波。并且，不限于駐波饋電，也可以適用行波饋電。如此，本公開的技術(shù)能夠適用于廣泛的目的以及用途。

本公開中的導(dǎo)波路裝置以及縫隙天線(天線裝置)能夠適宜用于裝設(shè)在例如車輛、船舶、飛行器、機(jī)器人等移動(dòng)體的雷達(dá)裝置或雷達(dá)系統(tǒng)。雷達(dá)裝置具有上述任一實(shí)施方式中的縫隙天線和與該縫隙天線連接的微波集成電路。雷達(dá)系統(tǒng)具有該雷達(dá)裝置和與該雷達(dá)裝置的微波集成電路連接的信號(hào)處理電路。本公開的實(shí)施方式中的縫隙天線由于具有可小型化的wrg結(jié)構(gòu)，因此與以往的使用導(dǎo)波管的結(jié)構(gòu)相比，能夠顯著地縮小排列有天線元件的面的面積。因此，將裝設(shè)有該天線裝置的雷達(dá)系統(tǒng)還能夠容易地裝設(shè)于例如車輛的后視鏡的與鏡面相反的一側(cè)的面之類的窄小部位或uav(unmannedaerialvehicle，所謂無人機(jī))之類的小型移動(dòng)體。另外，雷達(dá)系統(tǒng)并不限定于裝設(shè)在車輛的方式的例子，例如能夠固定在道路或建筑物來使用。

本公開的實(shí)施方式中的縫隙天線還能夠用于無線通信系統(tǒng)。這種無線通信系統(tǒng)具有上述的任一實(shí)施方式中的縫隙天線和通信電路(發(fā)送電路或接收電路)。關(guān)于應(yīng)用于無線通信系統(tǒng)的例子的詳細(xì)內(nèi)容在后面進(jìn)行敘述。

本公開的實(shí)施方式中的縫隙天線還能用作室內(nèi)定位系統(tǒng)(ips：indoorpositioningsystem)中的天線。在室內(nèi)定位系統(tǒng)中，能夠確定建筑物內(nèi)的人或無人搬運(yùn)車(agv：automatedguidedvehicle)等移動(dòng)體的位置。縫隙天線還能夠用于在向來商店或設(shè)施的人持有的信息終端(智能手機(jī)等)提供信息的系統(tǒng)中使用的電波發(fā)射器(beacon)。在這種系統(tǒng)中，電波發(fā)射器例如數(shù)秒發(fā)射一次重疊了id等信息的電磁波。若信息終端接收該電磁波，則信息終端經(jīng)由通信線路向遠(yuǎn)程服務(wù)器計(jì)算機(jī)發(fā)送已接收到的信息。服務(wù)器計(jì)算機(jī)根據(jù)從信息終端獲得的信息確定該信息終端的位置，向該信息終端提供與該位置相應(yīng)的信息(例如，產(chǎn)品索引或優(yōu)惠券)。

＜應(yīng)用例1：車載雷達(dá)系統(tǒng)＞

接著，作為利用上述縫隙陣列天線的應(yīng)用例，對(duì)具有縫隙陣列天線的車載雷達(dá)系統(tǒng)的一個(gè)例子進(jìn)行說明。用于車載雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)送波具有例如76千兆赫(ghz)段的頻率，該發(fā)送波在自由空間中的波長(zhǎng)λo為約4mm。

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

圖16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具有包含上述任一實(shí)施方式中的縫隙陣列天線的車載雷達(dá)系統(tǒng)。若本車輛500的車載雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射高頻的發(fā)送信號(hào)，則該發(fā)送信號(hào)到達(dá)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(dá)系統(tǒng)接收該信號(hào)，計(jì)算前方車輛502的位置、到前方車輛502的距離以及速度等。

圖17表示本車輛500的車載雷達(dá)系統(tǒng)510。車載雷達(dá)系統(tǒng)510配置在駕駛室內(nèi)。更具體地說，車載雷達(dá)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(dá)系統(tǒng)510從駕駛室內(nèi)朝向車輛500的行進(jìn)方向發(fā)射高頻的發(fā)送信號(hào)，并接收從行進(jìn)方向入射的信號(hào)。

基于本應(yīng)用例的車載雷達(dá)系統(tǒng)510具有本公開的實(shí)施方式中的縫隙陣列天線?？p隙陣列天線能夠具有相互平行的多個(gè)導(dǎo)波部件。配置成多個(gè)導(dǎo)波部件各自延伸的方向與鉛垂方向一致，多個(gè)導(dǎo)波部件的排列方向與水平方向一致。因此，能夠更加縮小將多個(gè)縫隙從正面觀察時(shí)的橫向以及縱向尺寸。

作為包含上述陣列天線的天線裝置的尺寸的一個(gè)例子，橫×縱×深度為60×30×10mm。可以理解為76ghz頻段的毫米波雷達(dá)系統(tǒng)的大小非常小。

另外，以往的大多車載雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)置于駕駛室外，例如前車頭的頂端部。其理由是，因?yàn)檐囕d雷達(dá)系統(tǒng)的大小比較大，很難如本公開那樣設(shè)置在駕駛室內(nèi)?；诒緫?yīng)用例的車載雷達(dá)系統(tǒng)510雖然能夠如上所述那樣設(shè)置在駕駛室內(nèi)，但也可以裝設(shè)于前車頭的頂端。由于減少了車載雷達(dá)系統(tǒng)在前車頭中所占的區(qū)域，因此容易配置其他零件。

根據(jù)本應(yīng)用例，由于能夠縮小用于發(fā)送天線的多個(gè)導(dǎo)波部件(脊部)的間隔，因此也能夠縮小與相鄰的多個(gè)導(dǎo)波部件相向設(shè)置的多個(gè)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(gè)縫隙的中心之間的距離設(shè)為短于發(fā)送波的自由空間波長(zhǎng)λo(小于約4mm)的情況下，不會(huì)在前方發(fā)生柵瓣。由此，能夠抑制柵瓣的影響。另外，若天線元件的排列間隔大于電磁波的波長(zhǎng)的一半，則會(huì)出現(xiàn)柵瓣。但是，若排列間隔小于波長(zhǎng)，則不會(huì)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(zhǎng)，則柵瓣就不會(huì)產(chǎn)生實(shí)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。也可以為了能夠獨(dú)立地調(diào)整在多個(gè)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)送天線的定向性改為任意方向。由于周知相移器的結(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(duì)接收處理的一個(gè)例子進(jìn)行說明。

圖18a示出了車載雷達(dá)系統(tǒng)510的陣列天線aa與多個(gè)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(biāo)的數(shù)量。)的關(guān)系。陣列天線aa具有呈直線狀排列的m個(gè)天線元件。由于天線在原理上能夠用于發(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(duì)處理接收天線所接收的入射波的方法的例子進(jìn)行說明。

陣列天線aa接收從各種角度同時(shí)入射的多個(gè)入射波。多個(gè)入射波中包含從相同的車載雷達(dá)系統(tǒng)510的發(fā)送天線發(fā)射并由目標(biāo)反射的入射波。并且，多個(gè)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(zhǔn)的角度。入射波的入射角度表示相對(duì)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(gè)入射波?！暗趉個(gè)入射波”是指，從存在于不同方位的k個(gè)目標(biāo)向陣列天線入射k個(gè)入射波時(shí)通過入射角θk識(shí)別的入射波。

圖18b表示接收第k個(gè)入射波的陣列天線aa。陣列天線aa所接收的信號(hào)能夠以算式1的形式表現(xiàn)為具有m個(gè)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(gè)天線元件所接收的信號(hào)的值。上標(biāo)t是指轉(zhuǎn)置。s是列矢量。列矢量s根據(jù)通過陣列天線的結(jié)構(gòu)確定的方向矢量(稱作導(dǎo)向矢量或模式矢量)與目標(biāo)(還稱作波源或信號(hào)源)中的表示信號(hào)的復(fù)矢量的乘積而獲得。當(dāng)波源的個(gè)數(shù)為k時(shí)，從各波源向每個(gè)天線元件入射的信號(hào)的波呈線形重疊。此時(shí)，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分別為第k個(gè)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(zhǎng)，j是虛數(shù)單位。

由算式2可以理解，sm可以表現(xiàn)為由實(shí)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(jìn)一步一般化，則陣列接收信號(hào)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(hào)處理電路使用算式3所示的陣列接收信號(hào)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(biāo)h表示復(fù)共軛轉(zhuǎn)置(厄米共軛)。

在求出的多個(gè)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(hào)空間固有值)的個(gè)數(shù)與入射波的個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)。而且，通過計(jì)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(biāo)的數(shù)量以及各目標(biāo)存在的角度。該處理作為最大似然估計(jì)法是公知的。

接著，參照?qǐng)D19。圖19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(gè)例子的框圖。圖19所示的車輛行駛控制裝置600具有：裝配于車輛的雷達(dá)系統(tǒng)510；以及與雷達(dá)系統(tǒng)510連接的行駛支援電子控制裝置520。雷達(dá)系統(tǒng)510具有陣列天線aa和雷達(dá)信號(hào)處理裝置530。

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

在雷達(dá)系統(tǒng)510中，陣列天線aa需要安裝于車輛。但是，雷達(dá)信號(hào)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(jì)算機(jī)550以及數(shù)據(jù)庫552實(shí)現(xiàn)。在該情況下，雷達(dá)信號(hào)處理裝置530中的位于車輛內(nèi)的部分能夠始終或隨時(shí)連接于設(shè)置在車輛的外部的計(jì)算機(jī)550以及數(shù)據(jù)庫552，以便能夠進(jìn)行信號(hào)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(jìn)行。

數(shù)據(jù)庫552可以存儲(chǔ)規(guī)定各種信號(hào)處理算法的程序。雷達(dá)系統(tǒng)510的動(dòng)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。這樣一來，雷達(dá)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(jì)算的技術(shù)實(shí)現(xiàn)。因此，本公開中的“車載”的雷達(dá)系統(tǒng)無需所有構(gòu)成要素裝設(shè)于車輛。但是，在本申請(qǐng)中，為了簡(jiǎn)便，只要沒有另外說明，對(duì)本公開的所有構(gòu)成要素裝設(shè)于一臺(tái)車輛(本車輛)的方式進(jìn)行說明。

雷達(dá)信號(hào)處理裝置530具有信號(hào)處理電路560。該信號(hào)處理電路560從陣列天線aa直接或間接地接收接收信號(hào)，并將接收信號(hào)或由接收信號(hào)生成的二次信號(hào)輸入到入射波推斷單元au。由接收信號(hào)生成二次信號(hào)的電路(未圖示)的一部分或全部無需設(shè)置于信號(hào)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(dá)信號(hào)處理裝置530之間。

信號(hào)處理電路560構(gòu)成為利用接收信號(hào)或二次信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，并輸出表示入射波的個(gè)數(shù)的信號(hào)。在此，“表示入射波的個(gè)數(shù)的信號(hào)”能夠稱作表示在本車輛的前方行駛的一個(gè)或多個(gè)前方車輛的數(shù)量的信號(hào)。

該信號(hào)處理電路560構(gòu)成為進(jìn)行公知的雷達(dá)信號(hào)處理裝置所執(zhí)行的各種信號(hào)處理即可。例如，信號(hào)處理電路560能夠構(gòu)成為，執(zhí)行music(多重信號(hào)分類)法、esprit(利用旋轉(zhuǎn)不變因子技術(shù)來推斷信號(hào)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(duì)低的其他入射方向推斷算法。

圖19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(hào)。信號(hào)處理電路560包括入射波推斷單元au。入射波推斷單元au通過公知的算法推斷到入射波的波源即目標(biāo)的距離、目標(biāo)的相對(duì)速度以及目標(biāo)的方位，并生成表示推斷結(jié)果的信號(hào)。

本公開中的“信號(hào)處理電路”這一術(shù)語并不限定于單獨(dú)的電路，也包括將多個(gè)電路的組合概括地理解為一個(gè)功能元件的形態(tài)。信號(hào)處理電路560也可以通過一個(gè)或多個(gè)片上系統(tǒng)(soc)實(shí)現(xiàn)。例如，信號(hào)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(chǎng)可編程門陣列)。在該情況下，信號(hào)處理電路560包含多個(gè)運(yùn)算元件(例如，通用邏輯以及乘法器)以及多個(gè)存儲(chǔ)元件(例如，查詢表或存儲(chǔ)模塊)?；蛘?，信號(hào)處理電路560也可以為通用處理器以及主存儲(chǔ)裝置的集合。信號(hào)處理電路560也可以為包含處理器內(nèi)核和存儲(chǔ)器的電路。這些能夠作為信號(hào)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(dá)信號(hào)處理裝置530輸出的各種信號(hào)進(jìn)行車輛的行駛支援。行駛支援電子控制裝置520對(duì)各種電子控制單元進(jìn)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(shí)發(fā)出警報(bào)來催促駕駛員進(jìn)行制動(dòng)操作的功能；控制制動(dòng)器的功能；以及控制油門的功能。例如，在進(jìn)行本車輛的自適應(yīng)巡航控制的動(dòng)作模式時(shí)，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(dòng)器發(fā)送規(guī)定的信號(hào)，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(hào)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比由熱噪聲規(guī)定的規(guī)定值(熱噪聲功率)大的固有值(信號(hào)空間固有值)的個(gè)數(shù)的信號(hào)，以作為表示入射波的個(gè)數(shù)的信號(hào)。

接著，參照?qǐng)D20。圖20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20的車輛行駛控制裝置600中的雷達(dá)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(cè)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(gè)或多個(gè)入射波(例如毫米波)輸出接收信號(hào)。

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(hào)，并且進(jìn)行基于由接收天線rx接收的接收波的接收信號(hào)的“前處理”。前處理的一部分或全部也可以通過雷達(dá)信號(hào)處理裝置530的信號(hào)處理電路560執(zhí)行。收發(fā)電路580進(jìn)行的前處理的典型例子可以包括：由接收信號(hào)生成差頻信號(hào)；以及將模擬形式的接收信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式的接收信號(hào)。

另外，基于本公開的雷達(dá)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(duì)車輛行駛控制裝置600的更具體的結(jié)構(gòu)的例子進(jìn)行說明。

圖21表示車輛行駛控制裝置600的更具體的結(jié)構(gòu)的例子的框圖。圖21所示的車輛行駛控制裝置600具有雷達(dá)系統(tǒng)510和車載攝像頭系統(tǒng)700。雷達(dá)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(hào)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(duì)通過車載攝像頭710獲取的圖像或影像進(jìn)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(cè)裝置570；以及與物體檢測(cè)裝置570連接的行駛支援電子控制裝置520。該物體檢測(cè)裝置570除了包含前述的雷達(dá)信號(hào)處理裝置530(包含信號(hào)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(cè)裝置570不僅利用通過雷達(dá)系統(tǒng)510獲得的信息，而且還能夠利用通過圖像處理電路720獲得的信息檢測(cè)道路上或道路附近的目標(biāo)。例如，本車輛在同一方向的兩條以上車線中的任意一條車線上行駛時(shí)，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(hào)處理電路560。信號(hào)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(shí)別前方車輛的數(shù)量以及方位時(shí)，能夠通過參照來自圖像處理電路720的信息關(guān)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(gè)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(cè)定和/或雷達(dá)。若利用超寬帶無線技術(shù)，則由于雷達(dá)的距離分辨率增高，因此即使在前方存在多臺(tái)車輛的情況下，也能夠根據(jù)距離的差將每個(gè)目標(biāo)進(jìn)行區(qū)分并檢測(cè)。因此，能夠高精度地確定路肩的護(hù)欄或與中央分離帶之間的距離。各車線的寬度已在各國(guó)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(dāng)前行駛中的車線的位置。另外，超寬帶無線技術(shù)是一個(gè)例子。也可以利用基于其他無線技術(shù)的電波。并且，也可以使用光學(xué)雷達(dá)(lidar：lightdetectionandranging)。光學(xué)雷達(dá)有時(shí)還被稱作激光雷達(dá)。

陣列天線aa能夠?yàn)橥ǔ５能囕d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(biāo)反射。由此，產(chǎn)生以目標(biāo)為波源的反射波。反射波的一部分作為入射波到達(dá)陣列天線(接收天線)aa。構(gòu)成陣列天線aa的多個(gè)天線元件分別響應(yīng)一個(gè)或多個(gè)入射波輸出接收信號(hào)。在作為反射波的波源發(fā)揮功能的目標(biāo)的個(gè)數(shù)為k個(gè)(k為1以上的整數(shù))的情況下，入射波的個(gè)數(shù)為k個(gè)，但入射波的個(gè)數(shù)k并非已知的數(shù)。

在圖19的例子中，雷達(dá)系統(tǒng)510還包含陣列天線aa而一體配置于后視鏡。但是，陣列天線aa的個(gè)數(shù)以及位置并不限定于特定的個(gè)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(cè)位于車輛的后方的目標(biāo)。并且，還可以在車輛的前面或后面配置多個(gè)陣列天線aa。陣列天線aa也可以配置在車輛的駕駛室內(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駕駛室內(nèi)。

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

在圖21的例子中，在物體檢測(cè)裝置570內(nèi)設(shè)置有選擇電路596，選擇電路596接收從信號(hào)處理電路560輸出的信號(hào)以及從圖像處理電路720輸出的信號(hào)。選擇電路596向行駛支援電子控制裝置520提供從信號(hào)處理電路560輸出的信號(hào)以及從圖像處理電路720輸出的信號(hào)中的一方或雙方。

圖22是表示本應(yīng)用例中的雷達(dá)系統(tǒng)510的更詳細(xì)的結(jié)構(gòu)例的框圖。

如圖22所示，陣列天線aa具有：進(jìn)行毫米波的發(fā)送的發(fā)送天線tx；以及接收由目標(biāo)反射的入射波的接收天線rx。附圖上為一個(gè)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(gè)(m為3以上的整數(shù))天線元件111、112、……、11m。多個(gè)天線元件111、112、……、11m分別響應(yīng)入射波輸出接收信號(hào)s1、s2、……、sm(圖18b)。

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(dāng)來自一個(gè)目標(biāo)的入射波入射至陣列天線aa時(shí)，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(dāng)從位于不同方位的k個(gè)目標(biāo)向陣列天線aa入射k個(gè)入射波時(shí)，能夠根據(jù)相互不同的角度θ1～θk識(shí)別每個(gè)入射波。

如圖22所示，物體檢測(cè)裝置570包含收發(fā)電路580和信號(hào)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(dá)系統(tǒng)構(gòu)成為通過fmcw(頻率調(diào)制連續(xù)波)方式進(jìn)行毫米波的收發(fā)，但本公開的雷達(dá)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(hào)和用于發(fā)送天線tx的發(fā)送信號(hào)生成差頻信號(hào)。

信號(hào)處理電路560具有距離檢測(cè)部533、速度檢測(cè)部534以及方位檢測(cè)部536。信號(hào)處理電路560構(gòu)成為對(duì)來自收發(fā)電路580的a/d轉(zhuǎn)換器587的信號(hào)進(jìn)行處理，并分別輸出表示到檢測(cè)出的目標(biāo)的距離、目標(biāo)的相對(duì)速度、目標(biāo)的方位的信號(hào)。

首先，對(duì)收發(fā)電路580的結(jié)構(gòu)以及動(dòng)作進(jìn)行詳細(xì)說明。

三角波生成電路581生成三角波信號(hào)并提供給vco582。vco582輸出具有根據(jù)三角波信號(hào)調(diào)制的頻率的發(fā)送信號(hào)。圖23示出了根據(jù)三角波生成電路581所生成的信號(hào)調(diào)制的發(fā)送信號(hào)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(hào)被提供給分配器583。分配器583將從vco582獲得的發(fā)送信號(hào)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23所示那樣呈三角波狀調(diào)制了的頻率的毫米波。

在圖23中除了記載發(fā)送信號(hào)之外，還記載了基于由單獨(dú)的前方車輛反射的入射波的接收信號(hào)的例子。接收信號(hào)相比于發(fā)送信號(hào)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(hào)的頻率通過多普勒效應(yīng)與前方車輛的相對(duì)速度相應(yīng)地增減。

若將接收信號(hào)與發(fā)送信號(hào)混合，則根據(jù)頻率的差異生成差頻信號(hào)。該差頻信號(hào)的頻率(拍頻)在發(fā)送信號(hào)的頻率增加的期間(上行)與發(fā)送信號(hào)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(jì)算出到目標(biāo)的距離和目標(biāo)的相對(duì)速度。

圖24示出了“上行”期間的拍頻fu以及“下行”期間的拍頻fd。在圖24的圖表中，橫軸為頻率，縱軸為信號(hào)強(qiáng)度。這種圖表通過進(jìn)行差頻信號(hào)的時(shí)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(jì)算出到目標(biāo)的距離和目標(biāo)的相對(duì)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(dòng)作求出與陣列天線aa的各天線元件對(duì)應(yīng)的拍頻，并根據(jù)該拍頻推斷出目標(biāo)的位置信息。

在圖22所示的例子中，來自與各天線元件111～11m對(duì)應(yīng)的信道ch1～chm的接收信號(hào)通過放大器放大，并輸入到對(duì)應(yīng)的混頻器584。各混頻器584將發(fā)送信號(hào)與放大了的接收信號(hào)混合。通過該混合而生成對(duì)應(yīng)于接收信號(hào)與發(fā)送信號(hào)之間的頻率差的差頻信號(hào)。生成的差頻信號(hào)被提供給對(duì)應(yīng)的濾波器585。濾波器585進(jìn)行信道ch1～chm的差頻信號(hào)的頻帶限制，并將進(jìn)行了頻帶限制的差頻信號(hào)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(hào)執(zhí)行切換?？刂破?88例如能夠由微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成。控制器588根據(jù)存儲(chǔ)于rom(只讀存儲(chǔ)器)等存儲(chǔ)器中的計(jì)算機(jī)程序控制收發(fā)電路580整體。控制器588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(hào)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(hào)處理電路560的控制信號(hào)動(dòng)作。或者，也可以通過控制收發(fā)電路580以及信號(hào)處理電路560整體的中央運(yùn)算單元等實(shí)現(xiàn)控制器588的一部分或全部功能。

通過了各個(gè)濾波器585的信道ch1～chm的差頻信號(hào)借助開關(guān)586依次提供至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(hào)與采樣信號(hào)同步轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。

以下，對(duì)信號(hào)處理電路560的結(jié)構(gòu)以及動(dòng)作進(jìn)行詳細(xì)說明。在本應(yīng)用例中，通過fmcw方式推斷到目標(biāo)的距離以及目標(biāo)的相對(duì)速度。雷達(dá)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(shí)施。

在圖22所示的例子中，信號(hào)處理電路560具有存儲(chǔ)器531、接收強(qiáng)度計(jì)算部532、距離檢測(cè)部533、速度檢測(cè)部534、dbf(數(shù)字波束形成)處理部535、方位檢測(cè)部536、目標(biāo)轉(zhuǎn)移處理部537、相關(guān)矩陣生成部538、目標(biāo)輸出處理部539以及入射波推斷單元au。如上所述，信號(hào)處理電路560的一部分或全部既可以通過fpga實(shí)現(xiàn)，也可以通過通用處理器以及主存儲(chǔ)裝置的集合實(shí)現(xiàn)。存儲(chǔ)器531、接收強(qiáng)度計(jì)算部532、dbf處理部535、距離檢測(cè)部533、速度檢測(cè)部534、方位檢測(cè)部536、目標(biāo)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(dú)的硬件實(shí)現(xiàn)的各個(gè)元件，也可以是一個(gè)信號(hào)處理電路中的功能上的模塊。

圖25示出了信號(hào)處理電路560通過具有處理器pr以及存儲(chǔ)裝置md的硬件實(shí)現(xiàn)的方式的例子。具有這種結(jié)構(gòu)的信號(hào)處理電路560也能夠通過存儲(chǔ)于存儲(chǔ)裝置md中的計(jì)算機(jī)程序的工作發(fā)揮圖22所示的接收強(qiáng)度計(jì)算部532、dbf處理部535、距離檢測(cè)部533、速度檢測(cè)部534、方位檢測(cè)部536、目標(biāo)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(hào)處理電路560構(gòu)成為將轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的各差頻信號(hào)作為接收信號(hào)的二次信號(hào)推斷前方車輛的位置信息，并輸出表示推斷結(jié)果的信號(hào)。以下，對(duì)本應(yīng)用例中的信號(hào)處理電路560的結(jié)構(gòu)以及動(dòng)作進(jìn)行詳細(xì)說明。

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

接收強(qiáng)度計(jì)算部532對(duì)存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器531中的每一個(gè)信道ch1～chm的差頻信號(hào)(圖23的下圖)進(jìn)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(hào)強(qiáng)度”。接收強(qiáng)度計(jì)算部532將多個(gè)天線元件中的任一天線元件的接收信號(hào)的復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)或多個(gè)天線元件全部的接收信號(hào)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(cè)依賴于與所獲得的頻譜的各峰值對(duì)應(yīng)的拍頻、即距離的目標(biāo)(前方車輛)的存在。若對(duì)所有天線元件的接收信號(hào)的復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行加法運(yùn)算，則使噪聲分量平均化，因此提高s/n比(信噪比)。

在目標(biāo)、即前方車輛為一個(gè)的情況下，傅里葉變換的結(jié)果是，如圖24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(gè)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(qiáng)度計(jì)算部532根據(jù)每一個(gè)拍頻的信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)超過預(yù)先設(shè)定的數(shù)值(閾值)的信號(hào)強(qiáng)度，由此判斷為存在目標(biāo)。接收強(qiáng)度計(jì)算部532在檢測(cè)出信號(hào)強(qiáng)度的峰的情況下，向距離檢測(cè)部533、速度檢測(cè)部534輸出峰值的拍頻(fu、fd)作為對(duì)象物頻率。接收強(qiáng)度計(jì)算部532向距離檢測(cè)部533輸出表示頻率調(diào)制寬度δf的信息，并向速度檢測(cè)部534輸出表示中心頻率f0的信息。

接收強(qiáng)度計(jì)算部532在檢測(cè)出與多個(gè)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的信號(hào)強(qiáng)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(duì)判斷為來自同一目標(biāo)的信號(hào)的峰賦予同一編號(hào)，并提供給距離檢測(cè)部533以及速度檢測(cè)部534。

在存在多個(gè)目標(biāo)的情況下，在傅里葉變換之后，在差頻信號(hào)的上行部分和差頻信號(hào)的下行部分分別呈現(xiàn)與目標(biāo)的數(shù)量相同的數(shù)量的峰。由于接收信號(hào)同雷達(dá)與目標(biāo)的距離成比例地延遲，圖23中的接收信號(hào)向右方向移位，因此雷達(dá)與目標(biāo)的距離越遠(yuǎn)離，差頻信號(hào)的頻率越小。

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

r＝{c·t/(2·δf)}·{(fu+fd)/2}

并且，速度檢測(cè)部534根據(jù)從接收強(qiáng)度計(jì)算部532輸入的拍頻fu、fd通過下述算式計(jì)算相對(duì)速度v，并提供給目標(biāo)轉(zhuǎn)移處理部537。

v＝{c/(2·f0)}·{(fu-fd)/2}

在計(jì)算距離r以及相對(duì)速度v的算式中，c為光速，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頻段的情況下，在將δf設(shè)定為660兆赫(mhz)左右時(shí)，距離r的分辨率例如為0.23米(m)左右。因此，在兩臺(tái)前方車輛并行時(shí)，有時(shí)很難通過fmcw方式識(shí)別車輛是一臺(tái)還是兩臺(tái)。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_(tái)前方車輛的方位進(jìn)行分離并檢測(cè)。

dbf處理部535利用天線元件111、112、……、11m中的信號(hào)的相位差在天線元件的排列方向上對(duì)被輸入的復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉變換，該復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)在與各天線對(duì)應(yīng)的時(shí)間軸上進(jìn)行了傅里葉變換。然后，dbf處理部535計(jì)算空間復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)，并按照每一個(gè)拍頻輸出至方位檢測(cè)部536，該空間復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)表示與角度分辨率對(duì)應(yīng)的每一個(gè)角度信道的頻譜的強(qiáng)度。

方位檢測(cè)部536為了推斷前方車輛的方位而設(shè)置。方位檢測(cè)部536向目標(biāo)轉(zhuǎn)移處理部537輸出角度θ作為對(duì)象物存在的方位，該角度θ在計(jì)算出的每一個(gè)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(jìn)行。尤其根據(jù)本應(yīng)用例，由于能夠檢測(cè)前方車輛的配置，因此入射波的個(gè)數(shù)是已知的。其結(jié)果是，能夠減少通過入射方向推斷算法運(yùn)算的量而進(jìn)行高分辨率的方位推斷。

目標(biāo)轉(zhuǎn)移處理部537計(jì)算當(dāng)前計(jì)算出的對(duì)象物的距離、相對(duì)速度、方位的值與在從存儲(chǔ)器531讀出的一個(gè)循環(huán)之前計(jì)算出的對(duì)象物的距離、相對(duì)速度、方位的值各自的差分的絕對(duì)值。然后，當(dāng)差分的絕對(duì)值小于已按照每一個(gè)值確定的值時(shí)，目標(biāo)轉(zhuǎn)移處理部537判定為在一個(gè)循環(huán)之前檢測(cè)出的目標(biāo)與當(dāng)前檢測(cè)出的目標(biāo)相同。在該情況下，目標(biāo)轉(zhuǎn)移處理部537增加一次從存儲(chǔ)器531讀出的該目標(biāo)的轉(zhuǎn)移處理次數(shù)。

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

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

相關(guān)矩陣生成部538利用存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器531中的每一個(gè)信道ch1～chm的差頻信號(hào)(圖23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(hào)的實(shí)部以及虛部表現(xiàn)的值。相關(guān)矩陣生成部538進(jìn)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(qiáng)度計(jì)算部532在檢測(cè)出多個(gè)與多個(gè)對(duì)象物對(duì)應(yīng)的信號(hào)強(qiáng)度的峰的情況下，按照上行部分以及下行部分的每一個(gè)峰值從頻率小的峰開始依次標(biāo)注編號(hào)，輸出至目標(biāo)輸出處理部539。在此，在上行以及下行部分中，相同編號(hào)的峰與相同的對(duì)象物對(duì)應(yīng)，將每一個(gè)識(shí)別編號(hào)設(shè)為對(duì)象物的編號(hào)。另外，為了避免繁雜化，在圖22中省略記載了從接收強(qiáng)度計(jì)算部532向目標(biāo)輸出處理部539引出的引出線。

在對(duì)象物為前方結(jié)構(gòu)物的情況下，目標(biāo)輸出處理部539輸出該對(duì)象物的識(shí)別編號(hào)作為目標(biāo)。目標(biāo)輸出處理部539在接收多個(gè)對(duì)象物的判定結(jié)果且均為前方結(jié)構(gòu)物的情況下，輸出位于本車輛的車線上的對(duì)象物的識(shí)別編號(hào)作為目標(biāo)存在的物體位置信息。并且，目標(biāo)輸出處理部539在接收多個(gè)對(duì)象物的判定結(jié)果且均為前方結(jié)構(gòu)物的情況下，并且在兩個(gè)以上的對(duì)象物位于本車輛的車線上的情況下，輸出從存儲(chǔ)器531讀出的目標(biāo)轉(zhuǎn)移處理次數(shù)多的對(duì)象物的識(shí)別編號(hào)作為目標(biāo)存在的物體位置信息。

再次參照?qǐng)D21，對(duì)車載雷達(dá)系統(tǒng)510組裝于圖21所示的結(jié)構(gòu)例的情況的例子進(jìn)行說明。圖像處理電路720從影像獲取物體的信息，并根據(jù)該物體的信息檢測(cè)目標(biāo)位置信息。圖像處理電路720例如如下構(gòu)成：檢測(cè)所獲取的影像內(nèi)的對(duì)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(cè)物體大小的信息等，由此檢測(cè)預(yù)先設(shè)定的物體的位置信息。

選擇電路596將從信號(hào)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(gè)是與本車輛近的距離，第一距離是信號(hào)處理電路560的物體位置信息所含的從本車輛到檢測(cè)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(cè)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)果為第一距離與第二距離的值相同的情況下，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(qiáng)度計(jì)算部532輸入了不存在目標(biāo)候補(bǔ)的信息的情況下，目標(biāo)輸出處理部539(圖22)視為不存在目標(biāo)，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(biāo)輸出處理部539的物體位置信息與預(yù)先設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，選擇是否使用信號(hào)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(cè)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(duì)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(jìn)行控制。例如，在物體位置信息中未檢測(cè)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(hào)，以加速至預(yù)先設(shè)定的速度，并控制油門控制電路526進(jìn)行與踩油門踏板同等的動(dòng)作。

在物體位置信息中檢測(cè)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(dòng)等結(jié)構(gòu)借助制動(dòng)器控制電路524進(jìn)行制動(dòng)器的控制。即，減速并以保持規(guī)定的車間距離的方式操作。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(hào)發(fā)送給警報(bào)控制電路522，控制聲音或燈的點(diǎn)亮，以便借助駕駛室內(nèi)揚(yáng)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，只要為預(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(jìn)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(dòng)操作轉(zhuǎn)向，或者強(qiáng)制性改變車輪的方向。

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

在美國(guó)專利第8446312號(hào)說明書、美國(guó)專利第8730096號(hào)說明書以及美國(guó)專利第8730099號(hào)說明書中公開了用于在選擇電路596中選擇信號(hào)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(dòng)作例。該公報(bào)的內(nèi)容全部引用于本說明書中。

[第一變形例]

在上述應(yīng)用例的車載用雷達(dá)系統(tǒng)中，對(duì)調(diào)制連續(xù)波fmcw進(jìn)行一次頻率調(diào)制的(掃描)條件、即調(diào)制所需的時(shí)間寬度(掃描時(shí)間)例如為1毫秒。但是，還能夠?qū)呙钑r(shí)間縮短到100微秒左右。

但是，為了實(shí)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(dòng)作，而且還需要使與該掃描條件下的接收相關(guān)的構(gòu)成要素高速動(dòng)作。例如，需要設(shè)置在該掃描條件下高速動(dòng)作的a/d轉(zhuǎn)換器587(圖22)。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(jì)算與目標(biāo)的相對(duì)速度。在本實(shí)施方式中，掃描時(shí)間tm＝100微秒，非常短。由于可檢測(cè)的差頻信號(hào)的最低頻率為1/tm，因此在該情況下為10khz。這相當(dāng)于來自具有大致20m/秒的相對(duì)速度的目標(biāo)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(cè)20m/秒以下的相對(duì)速度。由此，適宜采用與基于多普勒轉(zhuǎn)換的計(jì)算方法不同的計(jì)算方法。

在本變形例中，作為一個(gè)例子對(duì)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(hào)(上差拍信號(hào))的處理進(jìn)行說明。掃描一次fmcw的時(shí)間為100微秒，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所生成的信號(hào)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(jìn)行生成上差拍信號(hào)和下差拍信號(hào)并利用這兩個(gè)信號(hào)的峰的處理，只用任一信號(hào)進(jìn)行處理。在此，對(duì)利用上差拍信號(hào)的情況進(jìn)行說明，但是在利用下差拍信號(hào)的情況下，也能夠進(jìn)行同樣的處理。

a/d轉(zhuǎn)換器587(圖22)以10mhz的采樣頻率進(jìn)行各上差拍信號(hào)的采樣，輸出數(shù)百個(gè)數(shù)字?jǐn)?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(shí)刻以后且發(fā)送波的發(fā)送結(jié)束的時(shí)刻為止的上差拍信號(hào)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(shí)點(diǎn)結(jié)束處理。

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

所獲得的采樣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器531中。接收強(qiáng)度計(jì)算部532對(duì)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(duì)掃描一次獲得的每一個(gè)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(cè)部534將處理結(jié)果轉(zhuǎn)移并集中到所有掃描結(jié)果中執(zhí)行第二次fft處理。

通過來自同一目標(biāo)的反射波在各掃描期間檢測(cè)的功率譜的峰分量的頻率均相同。另一方面，若目標(biāo)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(gè)目標(biāo)分離。

在相對(duì)于目標(biāo)的相對(duì)速度不是零的情況下，上差拍信號(hào)的相位在每一次掃描時(shí)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(qiáng)度計(jì)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(cè)部534。

速度檢測(cè)部534根據(jù)相位的變化求出相對(duì)速度。例如，假設(shè)連續(xù)獲得的上差拍信號(hào)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(zhǎng)設(shè)為λ，則每獲得一次上差拍信號(hào)時(shí)，距離變化的量為λ/(4π/θ)。該變化以上差拍信號(hào)的發(fā)送間隔tm(＝100微秒)發(fā)生。因此，可以通過{λ/(4π/θ)}/tm獲得相對(duì)速度。

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

[第二變形例]

雷達(dá)系統(tǒng)510能夠利用一個(gè)或多個(gè)頻率的連續(xù)波cw檢測(cè)目標(biāo)。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(dá)系統(tǒng)510入射多個(gè)反射波的環(huán)境中尤其有用。

雷達(dá)系統(tǒng)510具有包含獨(dú)立的5信道的接收元件的接收用天線陣列。在這種雷達(dá)系統(tǒng)中，只能在同時(shí)入射的反射波為四個(gè)以下的狀態(tài)下進(jìn)行所入射的反射波的入射方位的推斷。在fmcw方式的雷達(dá)中，能夠通過只選擇來自特定的距離的反射波，來減少同時(shí)進(jìn)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(gè)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(huì)發(fā)生反射波的數(shù)量不為四個(gè)以下的狀況。但是，由于這些周圍的靜止物的相對(duì)于本車輛的相對(duì)速度全部相同，而且相對(duì)速度比在前方行駛的其他車輛的相對(duì)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(dá)系統(tǒng)510進(jìn)行如下處理：發(fā)射多個(gè)頻率的連續(xù)波cw，忽略接收信號(hào)中相當(dāng)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(cè)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(hào)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(dá)系統(tǒng)510發(fā)射頻率fp的連續(xù)波cw，并檢測(cè)出由目標(biāo)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(dá)系統(tǒng)與目標(biāo)的相對(duì)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。由此，能夠根據(jù)該算式求出相對(duì)速度vr＝(fp-fq)·c/2fp。如后面敘述，利用相位信息計(jì)算到目標(biāo)的距離。

為了利用連續(xù)波cw檢測(cè)到目標(biāo)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(gè)頻率的連續(xù)波cw，獲取各個(gè)反射波。例如在使用76ghz頻段的頻率的情況下，兩個(gè)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(dá)能夠檢測(cè)目標(biāo)的界限的距離來規(guī)定兩個(gè)頻率的差。

假設(shè)雷達(dá)系統(tǒng)510依次發(fā)射頻率fp1以及fp2(fp1＜fp2)的連續(xù)波cw，并由一個(gè)目標(biāo)反射兩種連續(xù)波cw，由此頻率fq1以及fq2的反射波被雷達(dá)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(gè)多普勒頻率為實(shí)質(zhì)上相同的值。但是，因頻率fp1與fp2的不同而導(dǎo)致接收波在復(fù)信號(hào)中的相位不同。通過使用該相位信息，能夠計(jì)算到目標(biāo)的距離。

具體地說，雷達(dá)系統(tǒng)510能夠求出距離r，r＝c·δφ/4π(fp2-fp1)。在此，δφ表示兩個(gè)差頻信號(hào)的相位差。兩個(gè)差頻信號(hào)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(hào)1；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(hào)2。差頻信號(hào)1的頻率fb1以及差頻信號(hào)2的頻率fb2的確定方法與上述單頻的連續(xù)波cw中的差頻信號(hào)的例子相同。

另外，如下求出雙頻cw方式中的相對(duì)速度vr。

vr＝fb1·c/2·fp1或vr＝fb2·c/2·fp2

并且，能夠明確地確定到目標(biāo)的距離的范圍限定于rmax＜c/2(fp2-fp1)的范圍。這是因?yàn)?，通過來自比該距離遠(yuǎn)的目標(biāo)的反射波獲得的差頻信號(hào)的δφ超過2π，無法與因更近的位置的目標(biāo)產(chǎn)生的差頻信號(hào)進(jìn)行區(qū)別。因此，更優(yōu)選調(diào)節(jié)兩個(gè)連續(xù)波cw的頻率的差來使rmax大于雷達(dá)的檢測(cè)界限距離。在檢測(cè)界限距離為100m的雷達(dá)中，將fp2-fp1例如設(shè)為1.0mhz。在該情況下，由于rmax＝150m，因此無法檢測(cè)來自位于超過rmax的位置的目標(biāo)的信號(hào)。并且，在裝設(shè)能夠檢測(cè)至250m的雷達(dá)的情況下，將fp2-fp1例如設(shè)為500khz。在該情況下，由于rmax＝300m，因此仍然無法檢測(cè)來自位于超過rmax的位置的目標(biāo)的信號(hào)。并且，在雷達(dá)具有檢測(cè)界限距離為100m且水平方向的視場(chǎng)角為120度的動(dòng)作模式和檢測(cè)界限距離為250m且水平方向的視場(chǎng)角為5度的動(dòng)作模式這兩種模式的情況下，更優(yōu)選在每個(gè)動(dòng)作模式下將fp2-fp1的值分別替換成1.0mhz和500khz來動(dòng)作。

已知如下的檢測(cè)方式：以n個(gè)(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(gè)反射波的相位信息，由此能夠分別檢測(cè)到各目標(biāo)的距離。根據(jù)該檢測(cè)方式，能夠?qū)Φ絥-1個(gè)的目標(biāo)準(zhǔn)確地識(shí)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(duì)各頻率的發(fā)送信號(hào)與接收信號(hào)的差即差頻信號(hào)的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行fft，獲得頻譜(相對(duì)速度)。之后，關(guān)于同一頻率的峰以cw波的頻率進(jìn)一步進(jìn)行fft，從而能夠求出距離信息。

以下，進(jìn)行更具體的說明。

為了簡(jiǎn)化說明，首先，對(duì)將三個(gè)頻率f1、f2、f3的信號(hào)進(jìn)行時(shí)間切換來發(fā)送的例子進(jìn)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(hào)波的發(fā)送時(shí)間設(shè)為δt。圖26表示三個(gè)頻率f1、f2、f3的關(guān)系。

三角波/cw波生成電路581(圖22)經(jīng)由發(fā)送天線tx發(fā)送各自持續(xù)時(shí)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被一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)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(hào)。a/d轉(zhuǎn)換器587將作為模擬信號(hào)的差頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為例如數(shù)百個(gè)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)(采樣數(shù)據(jù))。

接收強(qiáng)度計(jì)算部532利用采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行fft運(yùn)算。fft運(yùn)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(hào)的頻譜的信息。

之后，接收強(qiáng)度計(jì)算部532從接收信號(hào)的頻譜的信息分離出峰值。具有規(guī)定以上的大小的峰值的頻率同與目標(biāo)的相對(duì)速度成比例。從接收信號(hào)的頻譜的信息分離出峰值是指，分離出相對(duì)速度不同的一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)。

接著，接收強(qiáng)度計(jì)算部532關(guān)于發(fā)送頻率f1～f3分別測(cè)量相對(duì)速度相同或在預(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(gè)目標(biāo)a與b的相對(duì)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(hào)被目標(biāo)a以及b這兩者反射，并作為接收信號(hào)獲得。來自目標(biāo)a以及b的各反射波的差頻信號(hào)的頻率大致相同。因此，可以獲得接收信號(hào)在相當(dāng)于相對(duì)速度的多普勒頻率下的功率譜，以作為合成了兩個(gè)目標(biāo)a以及b的各功率譜的合成頻譜f1。

關(guān)于頻率f2以及f3，也同樣可以分別獲得接收信號(hào)在相當(dāng)于相對(duì)速度的多普勒頻率下的功率譜，以作為合成了兩個(gè)目標(biāo)a以及b的各功率譜的合成頻譜f2以及f3。

圖27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(gè)矢量的方向，右側(cè)的矢量與來自目標(biāo)a的反射波的功率譜對(duì)應(yīng)。在圖27中與矢量f1a～f3a對(duì)應(yīng)。另一方面，朝向分別伸展合成頻譜f1～f3的兩個(gè)矢量的方向，左側(cè)的矢量與來自目標(biāo)b的反射波的功率譜對(duì)應(yīng)。在圖27中與矢量f1b～f3b對(duì)應(yīng)。

當(dāng)發(fā)送頻率的差分δf固定時(shí)，與頻率f1以及f2的各發(fā)送信號(hào)對(duì)應(yīng)的各接收信號(hào)的相位差同到目標(biāo)的距離成比例關(guān)系。由此，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(biāo)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(biāo)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)送頻率的差分δf分別求出到目標(biāo)a以及b的距離。該技術(shù)例如在美國(guó)專利6703967號(hào)中公開。將該公報(bào)的內(nèi)容全部引用于本說明書中。

即使在所發(fā)送的信號(hào)的頻率為四個(gè)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(gè)不同的頻率發(fā)送連續(xù)波cw之前，進(jìn)行通過雙頻cw方式求出到各目標(biāo)的距離以及相對(duì)速度的處理。而且，也可以在規(guī)定的條件下切換成以n個(gè)不同的頻率發(fā)送連續(xù)波cw的處理。例如，在利用兩個(gè)頻率各自的差頻信號(hào)進(jìn)行fft運(yùn)算，且各發(fā)送頻率的功率譜的時(shí)間變化為30％以上的情況下，也可以進(jìn)行處理的切換。來自各目標(biāo)的反射波的振幅因多道的影響等而在時(shí)間上大幅變化。在存在規(guī)定以上的變化的情況下，可以考慮可能存在多個(gè)目標(biāo)。

并且，已知在cw方式中，在雷達(dá)系統(tǒng)與目標(biāo)的相對(duì)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(cè)目標(biāo)。但是，若例如通過以下方法模擬地求出多普勒信號(hào)，則能夠利用其頻率檢測(cè)目標(biāo)。

(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(hào)和頻率被移位的接收信號(hào)，能夠獲得模擬多普勒信號(hào)。

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

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

在需要檢測(cè)相對(duì)速度為零的目標(biāo)或相對(duì)速度非常小的目標(biāo)的情況下，既可以使用產(chǎn)生上述模擬多普勒信號(hào)的處理，或者也可以切換成基于fmcw方式的目標(biāo)檢測(cè)處理。

接著，參照?qǐng)D28說明通過車載雷達(dá)系統(tǒng)510的物體檢測(cè)裝置570進(jìn)行的處理的步驟。

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

圖28是表示基于本變形例的求出相對(duì)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(jìn)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(jìn)行。需注意不是在完成步驟s41之后進(jìn)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(gè)差分信號(hào)。各接收波包含來源于靜止物的接收波和來源于目標(biāo)的接收波。因此，接著進(jìn)行確定用作差頻信號(hào)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(jìn)行。需注意不是在完成步驟s41之后進(jìn)行步驟s42，并且不是在完成步驟s42之后進(jìn)行步驟s43。

在步驟s44中，物體檢測(cè)裝置570對(duì)于兩個(gè)差分信號(hào)，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(hào)的頻率fb1以及fb2。

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

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

通過以上處理，能夠檢測(cè)到目標(biāo)的相對(duì)速度以及距離。

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

以上說明的車輛500除了具有雷達(dá)系統(tǒng)510之外，還可以具有其他雷達(dá)系統(tǒng)。例如，車輛500還可以具有在車體的后方或側(cè)方具有檢測(cè)范圍的雷達(dá)系統(tǒng)。在具有在車體的后方具有檢測(cè)范圍的雷達(dá)系統(tǒng)的情況下，該雷達(dá)系統(tǒng)監(jiān)控后方，在存在被其他車輛追尾的危險(xiǎn)性時(shí)，能夠進(jìn)行發(fā)出警報(bào)等響應(yīng)。在具有在車體的側(cè)方具有檢測(cè)范圍的雷達(dá)系統(tǒng)的情況下，當(dāng)本車輛進(jìn)行車線變更等時(shí)，該雷達(dá)系統(tǒng)能夠監(jiān)控相鄰車線，并根據(jù)需要進(jìn)行發(fā)出警報(bào)等響應(yīng)。

以上說明的雷達(dá)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)控房屋以外的建筑物的周圍的雷達(dá)?；蛘?，能夠用作用于不依賴光學(xué)圖像地對(duì)室內(nèi)的特定地點(diǎn)是否有人或者是否有該人的移動(dòng)等進(jìn)行監(jiān)控的傳感器。

[處理的補(bǔ)充]

關(guān)于與所述的陣列天線相關(guān)的雙頻cw或fmcw，對(duì)其他實(shí)施方式進(jìn)行說明。如上所述，在圖22的例子中，接收強(qiáng)度計(jì)算部532對(duì)存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器531中的每一個(gè)信道ch1～chm的差頻信號(hào)(圖23的下圖)進(jìn)行傅里葉變換。此時(shí)的差頻信號(hào)為復(fù)信號(hào)。這是為了確定作為運(yùn)算對(duì)象的信號(hào)的相位。由此，能夠準(zhǔn)確地確定入射波方向。但是，在該情況下，用于傅里葉變換的運(yùn)算負(fù)荷量增大，電路規(guī)模變大。

為了克服該問題，也可以通過如下方法獲得頻率分析結(jié)果：生成標(biāo)量信號(hào)作為差頻信號(hào)，對(duì)分別生成的多個(gè)差頻信號(hào)執(zhí)行關(guān)于沿著天線排列的空間軸方向以及隨著時(shí)間的經(jīng)過的時(shí)間軸方向的兩次復(fù)傅里葉變換。由此，最終能夠以較少的運(yùn)算量進(jìn)行能夠確定反射波的入射方向的波束形成，從而能夠獲得每一個(gè)波束的頻率分析結(jié)果。作為與本案相關(guān)的專利公報(bào)，將美國(guó)專利第6339395號(hào)說明書的公開內(nèi)容全部引用于本說明書中。

[攝像頭等光學(xué)傳感器和毫米波雷達(dá)]

接著，對(duì)上述陣列天線與以往天線的比較以及利用本陣列天線和光學(xué)傳感器例如攝像頭這兩者的應(yīng)用例進(jìn)行說明。另外，也可以將光學(xué)雷達(dá)(lidar)等用作光學(xué)傳感器。

毫米波雷達(dá)能夠直接檢測(cè)到目標(biāo)的距離及其相對(duì)速度。并且，具有如下特征：即使在包括傍晚在內(nèi)的夜間或降雨、霧、降雪等惡劣天氣時(shí)，檢測(cè)性能也不會(huì)大幅下降。另一方面，與攝像頭相比，毫米波雷達(dá)不易二維地捕捉目標(biāo)。而攝像頭容易二維地捕捉目標(biāo)，且比較容易識(shí)別其形狀。但是，攝像頭在夜間或惡劣天氣時(shí)有時(shí)無法拍攝目標(biāo)，這一點(diǎn)成為大課題。尤其是在水滴附著在采光部分的情況下，或在視野因霧而變窄的情況下，該課題非常明顯。即使是作為相同的光學(xué)系傳感器的光學(xué)雷達(dá)等，也同樣存在該課題。

近年來，隨著車輛的安全行駛要求高漲，開發(fā)出了將碰撞等防范于未然的駕駛員輔助系統(tǒng)(driverassistsystem)。駕駛員輔助系統(tǒng)利用攝像頭或毫米波雷達(dá)等傳感器獲取車輛行進(jìn)方向的圖像，在識(shí)別到預(yù)測(cè)為車輛行駛上的障礙的障礙物的情況下，自動(dòng)操作制動(dòng)器等，從而將碰撞等防范于未然。這種防碰撞功能即使在夜間或惡劣天氣時(shí)也要求正常發(fā)揮功能。

因此，正在普及所謂的融合結(jié)構(gòu)的駕駛員輔助系統(tǒng)，該駕駛員輔助系統(tǒng)除了裝設(shè)以往的攝像頭等光學(xué)傳感器之外，還裝設(shè)毫米波雷達(dá)作為傳感器，進(jìn)行發(fā)揮兩者的優(yōu)點(diǎn)的識(shí)別處理。關(guān)于這種駕駛員輔助系統(tǒng)在后面進(jìn)行敘述。

另一方面，毫米波雷達(dá)本身要求的要求功能進(jìn)一步提高。在車載用途的毫米波雷達(dá)中，主要使用76ghz頻段的電磁波。其天線的天線功率(antennapower)按照各國(guó)的法律等限制在固定以下。例如，在日本限制在0.01w以下。在這種限制中，對(duì)車載用途的毫米波雷達(dá)例如要求滿足如下等要求性能：其檢測(cè)距離為200m以上，天線的大小為60平方毫米以下，水平方向的檢測(cè)角度為90度以上，距離分辨率為20cm以下，還能夠進(jìn)行10m以內(nèi)的近距離的檢測(cè)。以往的毫米波雷達(dá)將微帶線用作導(dǎo)波路，將貼片天線用作天線(以下，將這些統(tǒng)稱為“貼片天線”)。但是，在貼片天線中很難實(shí)現(xiàn)上述性能。

發(fā)明人通過使用應(yīng)用了本公開的技術(shù)的縫隙陣列天線成功地實(shí)現(xiàn)了上述性能。由此，實(shí)現(xiàn)了與以往的貼片天線等相比小型、高效、高性能的毫米波雷達(dá)。此外，通過組合該毫米波雷達(dá)和攝像頭等光學(xué)傳感器，實(shí)現(xiàn)了以往未有的小型、高效、高性能的融合裝置。以下，對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)敘述。

圖29是與車輛500中的融合裝置有關(guān)的圖，該融合裝置具有包含應(yīng)用了本公開的技術(shù)的縫隙陣列天線的雷達(dá)系統(tǒng)510(以下，還稱作毫米波雷達(dá)510。)以及攝像頭700。以下，參照該圖對(duì)各種實(shí)施方式進(jìn)行說明。

[毫米波雷達(dá)的駕駛室內(nèi)設(shè)置]

基于以往的貼片天線的毫米波雷達(dá)510’配置在位于車輛的前車頭的格柵512的后方內(nèi)側(cè)。從天線發(fā)射的電磁波穿過格柵512的間隙被向車輛500的前方發(fā)射。在該情況下，在電磁波通過區(qū)域不存在玻璃等使電磁波能量衰減或使電磁波反射的介電層。由此，從基于貼片天線的毫米波雷達(dá)510’發(fā)射的電磁波也到達(dá)遠(yuǎn)距離、例如150m以上的目標(biāo)。然后，毫米波雷達(dá)510’能夠通過利用天線接收被該目標(biāo)反射的電磁波來檢測(cè)目標(biāo)。但是，在該情況下，由于天線配置在車輛的格柵512的后方內(nèi)側(cè)，因此在車輛與障礙物發(fā)生碰撞的情況下，有時(shí)導(dǎo)致雷達(dá)破損。并且，由于在雨天等時(shí)蹦到泥等，因此污垢附著于天線，有時(shí)阻礙電磁波的發(fā)射和接收。

在使用了本公開的實(shí)施方式中的縫隙陣列天線的毫米波雷達(dá)510中，能夠與以往相同地配置在位于車輛的前車頭的格柵512的后方(未圖示)。由此，能夠100％活用從天線發(fā)射的電磁波的能量，能夠檢測(cè)位于超過以往的遠(yuǎn)距離、例如250m以上的距離的目標(biāo)。

而且，基于本公開的實(shí)施方式的毫米波雷達(dá)510還能夠配置在車輛的駕駛室內(nèi)。在該情況下，毫米波雷達(dá)510配置在車輛的前擋玻璃511的內(nèi)側(cè)，并且配置在該前擋玻璃511和后視鏡(未圖示)的與鏡面相反的一側(cè)的面之間的空間。而基于以往的貼片天線的毫米波雷達(dá)510’無法設(shè)在駕駛室內(nèi)。其理由主要有下面兩點(diǎn)。第一理由是，由于尺寸大，因此無法收容在前擋玻璃511與后視鏡之間的空間。第二理由是，由于發(fā)射至前方的電磁波通過前擋玻璃511反射，并通過介電損耗而衰減，因此無法到達(dá)至所要求的距離。其結(jié)果是，在將基于以往的貼片天線的毫米波雷達(dá)設(shè)在駕駛室內(nèi)的情況下，只能檢測(cè)至存在于例如前方100m的目標(biāo)。而基于本公開的實(shí)施方式的毫米波雷達(dá)即使發(fā)生因前擋玻璃511的反射或衰減，也能夠檢測(cè)位于200m以上距離的目標(biāo)。這是與將基于以往的貼片天線的毫米波雷達(dá)設(shè)在駕駛室外的情況等同或其以上的性能。

[基于毫米波雷達(dá)和攝像頭等的駕駛室內(nèi)配置的融合結(jié)構(gòu)]

當(dāng)前，在大多駕駛員輔助系統(tǒng)(driverassistsystem)中使用的主要傳感器使用ccd攝像頭等光學(xué)拍攝裝置。而且，考慮外面的環(huán)境等惡劣影響，通常在前擋玻璃511的內(nèi)側(cè)的駕駛室內(nèi)配置攝像頭等。此時(shí)，為了使雨滴等的影響最小化，在前擋玻璃511的內(nèi)側(cè)且雨刷(未圖示)工作的區(qū)域配置攝像頭等。

近年來，從提高車輛的自動(dòng)制動(dòng)器等的性能的要求來看，要求在任何外部環(huán)境中都可靠地工作的自動(dòng)制動(dòng)器等。在該情況下，在只由攝像頭等光學(xué)設(shè)備構(gòu)成駕駛員輔助系統(tǒng)的傳感器的情況下，存在夜間或惡劣天氣時(shí)無法保證可靠的工作這樣的課題。因此，要求一種除了使用攝像頭等光學(xué)傳感器之外，還同時(shí)使用毫米波雷達(dá)來進(jìn)行協(xié)同處理，由此即使在夜間或惡劣天氣時(shí)也可靠地動(dòng)作的駕駛員輔助系統(tǒng)。

如上所述，使用本縫隙陣列天線的毫米波雷達(dá)能夠?qū)崿F(xiàn)小型化，而且被發(fā)射的電磁波的效率比以往的貼片天線明顯增高，由此能夠配置在駕駛室內(nèi)。活用該特性，如圖29所示，不僅是攝像頭等光學(xué)傳感器700，使用本縫隙陣列天線的毫米波雷達(dá)510也能夠一同配置在車輛500的前擋玻璃511的內(nèi)側(cè)。由此，產(chǎn)生了以下新的效果。

(1)容易將駕駛員輔助系統(tǒng)(driverassistsystem)安裝于車輛500。在以往的貼片天線510’中，需要在位于前車頭的格柵512的后方確保配置雷達(dá)的空間。該空間包含影響車輛的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的部位，因此在雷達(dá)裝置的大小發(fā)生變化的情況下，有時(shí)需要重新設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。但是，通過將毫米波雷達(dá)配置在駕駛室內(nèi)，消除了這種不便。

(2)不受車輛外的環(huán)境、即雨天或夜間等的影響，能夠確保可靠性更高的動(dòng)作。尤其如圖30所示，通過將毫米波雷達(dá)510和攝像頭700設(shè)在駕駛室內(nèi)的大致相同的位置，各自的視場(chǎng)、視線一致，容易進(jìn)行后述的“核對(duì)處理”，即識(shí)別各自捕捉的目標(biāo)信息是否為同一物體的處理。而在將毫米波雷達(dá)510’設(shè)在位于駕駛室外的前車頭的格柵512的后方的情況下，其雷達(dá)視線l與設(shè)在駕駛室內(nèi)時(shí)的雷達(dá)視線m不同，因此與利用攝像頭700獲取的圖像的偏差變大。

(3)提高了毫米波雷達(dá)的可靠性。如上所述，以往的貼片天線510’配置在位于前車頭的格柵512的后方，因此容易附著污垢，并且即使是小的接觸事故等也有時(shí)破損。根據(jù)這些理由，需要經(jīng)常清掃以及確認(rèn)功能。并且，如后所述，在毫米波雷達(dá)的安裝位置或方向因事故等的影響而發(fā)生偏離的情況下，需要再次進(jìn)行與攝像頭的對(duì)齊。但是，通過將毫米波雷達(dá)配置在駕駛室內(nèi)，這些概率變小，消除了這種不便。

在這種融合結(jié)構(gòu)的駕駛員輔助系統(tǒng)中，也可以具有將攝像頭等光學(xué)傳感器700和使用了本縫隙陣列天線的毫米波雷達(dá)510相互固定的一體結(jié)構(gòu)。在該情況下，攝像頭等光學(xué)傳感器的光軸與毫米波雷達(dá)的天線的方向需要確保固定的位置關(guān)系。關(guān)于這一點(diǎn)在后面敘述。并且，在將該一體結(jié)構(gòu)的駕駛員輔助系統(tǒng)固定在車輛500的駕駛室內(nèi)的情況下，需要調(diào)整攝像頭的光軸等朝向車輛前方的所希望的方向。關(guān)于這一點(diǎn)在美國(guó)專利申請(qǐng)公報(bào)2015/193366號(hào)、美國(guó)專利申請(qǐng)公報(bào)2015/0264230號(hào)、美國(guó)專利申請(qǐng)15/067503、美國(guó)專利申請(qǐng)15/248141、美國(guó)專利申請(qǐng)15/248149、美國(guó)專利申請(qǐng)15/248156中公開，并引用了這些技術(shù)。并且，作為以與此相關(guān)的攝像頭為中心的技術(shù)，在美國(guó)專利第7355524號(hào)說明書以及美國(guó)專利第7420159號(hào)說明書中公開，將這些公開內(nèi)容全部引用于本說明書中。

并且，關(guān)于將攝像頭等光學(xué)傳感器和毫米波雷達(dá)配置在駕駛室內(nèi)的技術(shù)在美國(guó)專利第8604968號(hào)說明書、美國(guó)專利第8614640號(hào)說明書以及美國(guó)專利第7978122號(hào)說明書等中公開。將這些公開內(nèi)容全部引用于本說明書中。但是，在申請(qǐng)這些專利的時(shí)點(diǎn)，作為毫米波雷達(dá)只知包含貼片天線的以往的天線，因此是無法進(jìn)行足夠距離的觀測(cè)的狀態(tài)。例如，可以考慮利用以往的毫米波雷達(dá)可觀測(cè)的距離充其量也只是100m～150m。并且，在將毫米波雷達(dá)配置在前擋玻璃的內(nèi)側(cè)的情況下，由于雷達(dá)的尺寸大，因此遮擋了駕駛員的視場(chǎng)，產(chǎn)生了阻礙安全駕駛等不便。與此相對(duì)，使用本公開的實(shí)施方式所涉及的縫隙陣列天線的毫米波雷達(dá)為小型，而且被發(fā)射的電磁波的效率比以往的貼片天線明顯增高，由此能夠配置在駕駛室內(nèi)。由此，能夠進(jìn)行200m以上的遠(yuǎn)距離的觀測(cè)，并且還不會(huì)遮擋駕駛員的視場(chǎng)。

[毫米波雷達(dá)和攝像頭等的安裝位置的調(diào)整]

在融合結(jié)構(gòu)的處理(以下，有時(shí)稱作“融合處理”)中，要求利用攝像頭等獲得的圖像和利用毫米波雷達(dá)獲得的雷達(dá)信息與相同的坐標(biāo)系相關(guān)聯(lián)。這是因?yàn)?，在位置以及目?biāo)的大小相互不同的情況下，阻礙兩者的協(xié)同處理。

對(duì)此，需要用下面三個(gè)觀點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整。

(1)攝像頭等的光軸和毫米波雷達(dá)的天線的方向處于一定的固定關(guān)系。

要求攝像頭等的光軸與毫米波雷達(dá)的天線的方向相互一致?；蛘?，在毫米波雷達(dá)中，有時(shí)具有兩個(gè)以上的發(fā)送天線和兩個(gè)以上的接收天線，還有刻意使各個(gè)天線的方向不同的情況。因此，要求保證在攝像頭等的光軸與這些天線之間至少具有一定的已知關(guān)系。

在前述的具有攝像頭等和毫米波雷達(dá)相互固定的一體結(jié)構(gòu)的情況下，攝像頭等與毫米波雷達(dá)的位置關(guān)系是固定的。因此，在該一體結(jié)構(gòu)的情況下，滿足這些條件。另一方面，在以往的貼片天線等中，毫米波雷達(dá)配置在車輛500的格柵512的后方。在該情況下，這些位置關(guān)系通常如下面(2)調(diào)整。

(2)在安裝于車輛時(shí)的初始狀態(tài)(例如，出廠時(shí))下，通過攝像頭等獲取的圖像和毫米波雷達(dá)的雷達(dá)信息具有一定的固定關(guān)系。

攝像頭等光學(xué)傳感器700以及毫米波雷達(dá)510或510’在車輛500中的安裝位置最終通過以下方法確定。即，將成為基準(zhǔn)的地圖或通過雷達(dá)觀測(cè)的目標(biāo)(以下，分別稱作“基準(zhǔn)地圖”、“基準(zhǔn)目標(biāo)”，有時(shí)將兩者統(tǒng)稱為“基準(zhǔn)對(duì)象物”)準(zhǔn)確地配置在車輛500的前方的規(guī)定位置800。通過攝像頭等光學(xué)傳感器700或毫米波雷達(dá)510觀測(cè)該地圖或目標(biāo)。對(duì)觀測(cè)到的基準(zhǔn)對(duì)象物的觀測(cè)信息與預(yù)先存儲(chǔ)的基準(zhǔn)對(duì)象物的形狀信息等進(jìn)行比較，定量地掌握當(dāng)前的偏離信息。根據(jù)該偏離信息利用以下中的至少一種方法調(diào)整或修正攝像頭等光學(xué)傳感器700以及毫米波雷達(dá)510或510’的安裝位置。另外，也可以利用除此以外的獲得相同的結(jié)果的方法。

(i)調(diào)整攝像頭和毫米波雷達(dá)的安裝位置，使基準(zhǔn)對(duì)象物到攝像頭與毫米波雷達(dá)的中央。在該調(diào)整中也可以使用另行設(shè)置的工具等。

(ii)求出攝像頭和毫米波雷達(dá)相對(duì)于基準(zhǔn)對(duì)象物的偏離量，通過攝像頭圖像的圖像處理以及毫米波雷達(dá)處理修正各自的偏離量。

應(yīng)該關(guān)注的是，在具有攝像頭等光學(xué)傳感器700和使用本公開的實(shí)施方式所涉及的縫隙陣列天線的毫米波雷達(dá)510相互固定的一體結(jié)構(gòu)的情況下，只要對(duì)攝像頭或毫米波雷達(dá)中的任一個(gè)調(diào)整與基準(zhǔn)對(duì)象物的偏離，則關(guān)于攝像頭或毫米波雷達(dá)中的另一個(gè)也可知偏離量，無需對(duì)另一個(gè)再次檢查與基準(zhǔn)對(duì)象物的偏離。

即，關(guān)于攝像頭700，將基準(zhǔn)地圖設(shè)在規(guī)定位置750，對(duì)該拍攝圖像與表示基準(zhǔn)地圖圖像應(yīng)預(yù)先位于攝像頭700的視場(chǎng)的哪一處的信息進(jìn)行比較，由此檢測(cè)偏離量。由此，通過上述(i)、(ii)中的至少一種方法進(jìn)行攝像頭700的調(diào)整。接著，將利用攝像頭求出的偏離量換算為毫米波雷達(dá)的偏離量。之后，關(guān)于雷達(dá)信息，通過上述(i)、(ii)中的至少一種方法調(diào)整偏離量。

或者，也可以根據(jù)毫米波雷達(dá)510進(jìn)行以上動(dòng)作。即，關(guān)于毫米波雷達(dá)510，將基準(zhǔn)目標(biāo)設(shè)在規(guī)定位置800，對(duì)該雷達(dá)信息與表示基準(zhǔn)目標(biāo)應(yīng)預(yù)先位于毫米波雷達(dá)510的視場(chǎng)的哪一處的信息進(jìn)行比較，由此檢測(cè)偏離量。由此，通過上述(i)、(ii)中的至少一種方法進(jìn)行毫米波雷達(dá)510的調(diào)整。接著，將利用毫米波雷達(dá)求出的偏離量換算為攝像頭的偏離量。之后，關(guān)于利用攝像頭700獲得的圖像信息，通過上述(i)、(ii)中的至少一種方法調(diào)整偏離量。

(3)即使在車輛中的初始狀態(tài)以后，通過攝像頭等獲取的圖像和毫米波雷達(dá)的雷達(dá)信息也維持一定的關(guān)系。

通常，在初始狀態(tài)下，通過攝像頭等獲取的圖像和毫米波雷達(dá)的雷達(dá)信息是固定的，只要沒有車輛事故等，之后很少發(fā)生變化。但是，即使在它們發(fā)生偏離的情況下，也能夠通過以下方法調(diào)整。

攝像頭700例如以本車輛的特征部分513、514(特征點(diǎn))進(jìn)入其視場(chǎng)內(nèi)的狀態(tài)安裝。對(duì)通過攝像頭700實(shí)際拍攝該特征點(diǎn)的位置與攝像頭700本來準(zhǔn)確地安裝時(shí)該特征點(diǎn)的位置信息進(jìn)行比較，檢測(cè)其偏離量。通過根據(jù)該檢測(cè)出的偏離量修正之后拍攝到的圖像的位置，能夠修正攝像頭700的物理安裝位置的偏離。通過該修正，在能夠充分發(fā)揮車輛中要求的性能的情況下，不需要進(jìn)行所述(2)的調(diào)整。并且，即使在車輛500的啟動(dòng)時(shí)或運(yùn)轉(zhuǎn)中，也定期進(jìn)行該調(diào)整方法，由此即使在重新產(chǎn)生攝像頭等的偏離的情況下，也能夠修正偏離量，從而能夠?qū)崿F(xiàn)安全的行駛。

但是，該方法與所述(2)中敘述的方法相比，一般可以考慮調(diào)整精度差。在根據(jù)利用攝像頭700拍攝基準(zhǔn)對(duì)象物而獲得的圖像進(jìn)行調(diào)整的情況下，由于能夠以高精度確定基準(zhǔn)對(duì)象物的方位，因此能夠容易實(shí)現(xiàn)高的調(diào)整精度。但是，在本方法中，由于用車體的局部圖像代替基準(zhǔn)對(duì)象物來用于進(jìn)行調(diào)整，因此難以提高方位的確定精度。因此調(diào)整精度也差。但是，在由于事故或大的外力施加于駕駛室內(nèi)的攝像頭等的情況等等，作為攝像頭等的安裝位置大幅偏離時(shí)的修正方法是有效的。

[毫米波雷達(dá)和攝像頭等所檢測(cè)出的目標(biāo)的關(guān)聯(lián)：核對(duì)處理]

在融合處理中，需要對(duì)于一個(gè)目標(biāo)識(shí)別由攝像頭等獲得的圖像和由毫米波雷達(dá)獲得的雷達(dá)信息是否為“同一目標(biāo)”。例如，考慮在車輛500的前方出現(xiàn)了兩個(gè)障礙物(第一障礙物和第二障礙物)、例如兩臺(tái)自行車的情況。該兩個(gè)障礙物在被拍攝為攝像頭圖像的同時(shí)，還被檢測(cè)為毫米波雷達(dá)的雷達(dá)信息。此時(shí)，關(guān)于第一障礙物，需要將攝像頭圖像和雷達(dá)信息相互關(guān)聯(lián)為同一目標(biāo)。相同地，關(guān)于第二障礙物，需要將其攝像頭圖像和其雷達(dá)信息相互關(guān)聯(lián)為同一目標(biāo)。假設(shè)在弄錯(cuò)而誤認(rèn)為作為第一障礙物的攝像頭圖像和作為第二障礙物的毫米波雷達(dá)的雷達(dá)信息是同一物體的情況下，有可能引發(fā)大的事故。以下，在本說明書中，有時(shí)將這種判斷攝像頭圖像和雷達(dá)信息是否為同一目標(biāo)的處理稱作“核對(duì)處理”。

關(guān)于該核對(duì)處理，有以下敘述的各種檢測(cè)裝置(或方法)。以下，對(duì)這些裝置或方法進(jìn)行具體說明。另外，以下檢測(cè)裝置設(shè)置于車輛，至少具有：毫米波雷達(dá)檢測(cè)部；朝向與毫米波雷達(dá)檢測(cè)部所檢測(cè)的方向重復(fù)的方向配置的攝像頭等圖像獲取部；以及核對(duì)部。在此，毫米波雷達(dá)檢測(cè)部具有本公開中的任一實(shí)施方式中的縫隙陣列天線，至少獲取其視場(chǎng)中的雷達(dá)信息。圖像獲取部至少獲取其視場(chǎng)中的圖像信息。核對(duì)部包含處理電路，該處理電路對(duì)毫米波雷達(dá)檢測(cè)部的檢測(cè)結(jié)果與圖像檢測(cè)部的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行核對(duì)，判斷是否由這兩個(gè)檢測(cè)部檢測(cè)出了同一目標(biāo)。在此，能夠選擇光學(xué)攝像頭、光學(xué)雷達(dá)、紅外線雷達(dá)、超聲波雷達(dá)中任意一個(gè)或兩個(gè)以上來構(gòu)成圖像檢測(cè)部。以下檢測(cè)裝置在核對(duì)部中的檢測(cè)處理不同。

第一檢測(cè)裝置中的核對(duì)部進(jìn)行下面兩個(gè)核對(duì)。第一核對(duì)包括：對(duì)通過毫米波雷達(dá)檢測(cè)部檢測(cè)出的關(guān)注的目標(biāo)獲得其距離信息以及橫向位置信息，同時(shí)對(duì)由圖像檢測(cè)部檢測(cè)出的一個(gè)或兩個(gè)以上目標(biāo)中位于最近的位置的目標(biāo)進(jìn)行核對(duì)，并檢測(cè)它們的組合。第二核對(duì)包括：對(duì)通過圖像檢測(cè)部檢測(cè)出的關(guān)注的目標(biāo)獲得其距離信息以及橫向位置信息，同時(shí)對(duì)通過毫米波雷達(dá)檢測(cè)部檢測(cè)出的一個(gè)或兩個(gè)以上的目標(biāo)中位于最近的位置的目標(biāo)進(jìn)行核對(duì)，并檢測(cè)它們的組合。而且，該核對(duì)部判定相對(duì)于通過毫米波雷達(dá)檢測(cè)部檢測(cè)出的這些各目標(biāo)的組合以及相對(duì)于通過圖像檢測(cè)部檢測(cè)出的這些各目標(biāo)的組合中是否存在一致的組合。然后，當(dāng)存在一致的組合的情況下，判斷為由兩個(gè)檢測(cè)部檢測(cè)出了同一物體。由此，進(jìn)行分別由毫米波雷達(dá)檢測(cè)部和圖像檢測(cè)部檢測(cè)出的目標(biāo)的核對(duì)。

與此相關(guān)的技術(shù)在美國(guó)專利第7358889號(hào)說明書中記載。將該公開內(nèi)容全部引用于本說明書中。在該公報(bào)中，例示具有兩個(gè)攝像頭的所謂的立體攝像頭來說明圖像檢測(cè)部。但是，該技術(shù)并不限定于此。即使在圖像檢測(cè)部具有一個(gè)攝像頭的情況下，也通過對(duì)檢測(cè)出的目標(biāo)適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行圖像識(shí)別處理等來獲得目標(biāo)的距離信息和橫向位置信息即可。相同地，也可以將激光掃描器等激光傳感器用作圖像檢測(cè)部。

第二檢測(cè)裝置中的核對(duì)部按每一規(guī)定時(shí)間對(duì)毫米波雷達(dá)檢測(cè)部的檢測(cè)結(jié)果和圖像檢測(cè)部的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行核對(duì)。核對(duì)部在根據(jù)前一次核對(duì)結(jié)果判斷為由兩個(gè)檢測(cè)部檢測(cè)出了同一目標(biāo)的情況下，利用其前一次核對(duì)結(jié)果進(jìn)行核對(duì)。具體地說，核對(duì)部對(duì)由毫米波雷達(dá)檢測(cè)部本次檢測(cè)出的目標(biāo)以及由圖像檢測(cè)部本次檢測(cè)出的目標(biāo)與根據(jù)前一次核對(duì)結(jié)果判斷的由兩個(gè)檢測(cè)部檢測(cè)出的目標(biāo)進(jìn)行核對(duì)。而且，核對(duì)部根據(jù)與由毫米波雷達(dá)檢測(cè)部本次檢測(cè)出的目標(biāo)的核對(duì)結(jié)果以及與由圖像檢測(cè)部本次檢測(cè)出的目標(biāo)的核對(duì)結(jié)果，判斷是否由兩個(gè)檢測(cè)部檢測(cè)出了同一目標(biāo)。如此，該檢測(cè)裝置并不直接核對(duì)兩個(gè)檢測(cè)部的檢測(cè)結(jié)果，而是利用前一次核對(duì)結(jié)果與兩個(gè)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行時(shí)序性的核對(duì)。因此，與只進(jìn)行瞬間核對(duì)的情況相比，檢測(cè)精度提高，能夠進(jìn)行穩(wěn)定的核對(duì)。尤其是，即使在檢測(cè)部的精度瞬間下降時(shí)，由于利用過去的核對(duì)結(jié)果，因此也能夠進(jìn)行核對(duì)。并且，在該檢測(cè)裝置中，能夠通過利用前一次核對(duì)結(jié)果簡(jiǎn)單地進(jìn)行兩個(gè)檢測(cè)部的核對(duì)。

并且，該檢測(cè)裝置的核對(duì)部在利用前一次核對(duì)結(jié)果進(jìn)行本次核對(duì)時(shí)，在判斷為由兩個(gè)檢測(cè)部檢測(cè)出了同一物體的情況下，將其判斷出的物體除外，對(duì)由毫米波雷達(dá)檢測(cè)部本次檢測(cè)出的物體與由圖像檢測(cè)部本次檢測(cè)出的物體進(jìn)行核對(duì)。然后，該核對(duì)部判斷是否存在由兩個(gè)檢測(cè)部本次檢測(cè)出的同一物體。如此，物體檢測(cè)裝置在考慮時(shí)序性的核對(duì)結(jié)果的基礎(chǔ)上，通過在其每一瞬間獲得的兩個(gè)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行瞬間核對(duì)。因此，物體檢測(cè)裝置對(duì)在本次的檢測(cè)中檢測(cè)出的物體也能夠可靠地核對(duì)。

與這些相關(guān)的技術(shù)在美國(guó)專利第7417580號(hào)說明書中記載。將該公開內(nèi)容全部引用于本說明書中。在該公報(bào)中，例示具有兩個(gè)攝像頭的所謂的立體攝像頭來說明圖像檢測(cè)部。但是，該技術(shù)并不限定于此。即使在圖像檢測(cè)部具有一個(gè)攝像頭的情況下，也通過對(duì)檢測(cè)出的目標(biāo)適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行圖像識(shí)別處理等來獲得目標(biāo)的距離信息和橫向位置信息即可。相同地，也可以將激光掃描器等激光傳感器用作圖像檢測(cè)部。

第三檢測(cè)裝置中的兩個(gè)檢測(cè)部以及核對(duì)部以規(guī)定的時(shí)間間隔進(jìn)行目標(biāo)的檢測(cè)和它們的核對(duì)，這些檢測(cè)結(jié)果和核對(duì)結(jié)果按時(shí)序存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器等存儲(chǔ)介質(zhì)中。然后，核對(duì)部根據(jù)通過圖像檢測(cè)部檢測(cè)出的目標(biāo)在圖像上的大小變化率和通過毫米波雷達(dá)檢測(cè)部檢測(cè)出的從本車輛到目標(biāo)的距離及其變化率(與本車輛的相對(duì)速度)，判斷通過圖像檢測(cè)部檢測(cè)出的目標(biāo)和通過毫米波雷達(dá)檢測(cè)部檢測(cè)出的目標(biāo)是否為同一物體。

核對(duì)部在判斷為這些目標(biāo)是同一物體的情況下，根據(jù)通過圖像檢測(cè)部檢測(cè)出的目標(biāo)在圖像上的位置和通過毫米波雷達(dá)檢測(cè)部檢測(cè)出的本車到目標(biāo)的距離和/或其變化率預(yù)測(cè)與車輛碰撞的可能性。

與這些相關(guān)的技術(shù)在美國(guó)專利第6903677號(hào)說明書中記載。將該公開內(nèi)容全部引用于本說明書中。

如上說明，在毫米波雷達(dá)和攝像頭等圖像拍攝裝置的融合處理中，對(duì)由攝像頭等獲得的圖像和由毫米波雷達(dá)獲得的雷達(dá)信息進(jìn)行核對(duì)。上述利用基于本公開的實(shí)施方式的陣列天線的毫米波雷達(dá)能夠?qū)崿F(xiàn)高性能，且小型地構(gòu)成。因此，能夠關(guān)于包含上述核對(duì)處理的融合處理整體實(shí)現(xiàn)高性能化和小型化等。由此，目標(biāo)識(shí)別的精度提高，能夠?qū)崿F(xiàn)車輛的更安全的行駛控制。

[其他融合處理]

在融合處理中，根據(jù)由攝像頭等獲得的圖像與由毫米波雷達(dá)檢測(cè)部獲得的雷達(dá)信息的核對(duì)處理實(shí)現(xiàn)各種功能。以下，對(duì)實(shí)現(xiàn)該代表性的功能的處理裝置的例子進(jìn)行說明。

以下處理裝置設(shè)置于車輛，至少具有：在規(guī)定方向上發(fā)送和接收電磁波的毫米波雷達(dá)檢測(cè)部；具有與該毫米波雷達(dá)檢測(cè)部的視場(chǎng)重復(fù)的視場(chǎng)的單眼攝像頭等圖像獲取部；以及從該毫米波雷達(dá)檢測(cè)部和圖像獲取部獲得信息進(jìn)行目標(biāo)的檢測(cè)等的處理部。毫米波雷達(dá)檢測(cè)部獲取該視場(chǎng)中的雷達(dá)信息。圖像獲取部獲取該視場(chǎng)中的圖像信息。能夠選擇光學(xué)攝像頭、光學(xué)雷達(dá)、紅外線雷達(dá)、超聲波雷達(dá)中的任意一個(gè)或兩個(gè)以上來用于圖像獲取部。處理部能夠通過與毫米波雷達(dá)檢測(cè)部以及圖像獲取部連接的處理電路實(shí)現(xiàn)。以下處理裝置在該處理部中的處理內(nèi)容不同。

第一處理裝置的處理部從通過圖像獲取部拍攝的圖像提取識(shí)別為與通過毫米波雷達(dá)檢測(cè)部檢測(cè)出的目標(biāo)相同的目標(biāo)。即，進(jìn)行基于前述的檢測(cè)裝置的核對(duì)處理。然后，獲取所提取的目標(biāo)的圖像的右側(cè)邊緣以及左側(cè)邊緣的信息，關(guān)于兩個(gè)兩邊緣導(dǎo)出軌跡近似線，該軌跡近似線是近似所獲取的右側(cè)邊緣以及左側(cè)邊緣的軌跡的直線或規(guī)定的曲線。將存在于該軌跡近似線上的邊緣的數(shù)量多的一方選擇為目標(biāo)的真實(shí)邊緣。然后，根據(jù)被選擇為真實(shí)邊緣的一方的邊緣的位置導(dǎo)出目標(biāo)的橫向位置。由此，能夠更加提高目標(biāo)的橫向位置的檢測(cè)精度。

與這些相關(guān)的技術(shù)在美國(guó)專利第8610620號(hào)說明書中記載。將該文獻(xiàn)的公開內(nèi)容全部引用于本說明書中。

第二處理裝置的處理部在確定有無目標(biāo)時(shí)，根據(jù)圖像信息改變?cè)诖_定雷達(dá)信息中有無目標(biāo)時(shí)使用的判斷基準(zhǔn)值。由此，例如在能夠利用攝像頭等確認(rèn)成為車輛行駛的障礙物的目標(biāo)圖像的情況下，或在推斷為存在目標(biāo)的情況下等，能夠通過最佳地改變通過毫米波雷達(dá)檢測(cè)部檢測(cè)目標(biāo)的判斷基準(zhǔn)，獲得更加準(zhǔn)確的目標(biāo)信息。即，在存在障礙物的可能性高的情況下，能夠通過改變判斷基準(zhǔn)使該處理裝置可靠地工作。另一方面，在存在障礙物的可能性低的情況下，能夠防止該處理裝置進(jìn)行不必要的工作。由此，能能進(jìn)行適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)工作。

而且，在該情況下，處理部還能夠根據(jù)雷達(dá)信息設(shè)定圖像信息的檢測(cè)區(qū)域，并根據(jù)該區(qū)域內(nèi)的圖像信息推斷障礙物的存在。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)檢測(cè)處理的效率化。

與這些相關(guān)的技術(shù)在美國(guó)專利第7570198號(hào)說明書中記載。將該文獻(xiàn)的公開內(nèi)容全部引用于本說明書中。

第三處理裝置的處理部進(jìn)行復(fù)合顯示，該復(fù)合顯示將基于通過多個(gè)不同的圖像拍攝裝置以及毫米波雷達(dá)檢測(cè)部獲得的圖像以及雷達(dá)信息的圖像信號(hào)顯示于至少一臺(tái)顯示裝置。在該顯示處理中，能夠使水平以及垂直同步信號(hào)在多個(gè)圖像拍攝裝置以及毫米波雷達(dá)檢測(cè)部中相互同步，將來自這些裝置的圖像信號(hào)在一個(gè)水平掃描期間內(nèi)或一個(gè)垂直掃描期間內(nèi)選擇性地切換為所希望的圖像信號(hào)。由此，能夠根據(jù)水平以及垂直同步信號(hào)并列顯示所選擇的多個(gè)圖像信號(hào)的圖像，并且從顯示裝置輸出控制信號(hào)，該控制信號(hào)設(shè)定所希望的圖像拍攝裝置以及毫米波雷達(dá)檢測(cè)部中的控制動(dòng)作。

在各個(gè)圖像等顯示于多臺(tái)不同的顯示裝置的情況下，很難進(jìn)行各個(gè)圖像之間的比較。并且，在顯示裝置與第三處理裝置主體分體地配置的情況下，對(duì)裝置的操作性差。第三處理裝置克服這種缺點(diǎn)。

與這些相關(guān)的技術(shù)在美國(guó)專利第6628299號(hào)說明書以及美國(guó)專利第7161561號(hào)說明書中記載。將這些公開內(nèi)容全部引用于本說明書中。

第四處理裝置的處理部關(guān)于位于車輛的前方的目標(biāo)指示給圖像獲取部以及毫米波雷達(dá)檢測(cè)部，獲取包含該目標(biāo)的圖像以及雷達(dá)信息。處理部確定該圖像信息中的包含該目標(biāo)的區(qū)域。處理部進(jìn)一步提取該區(qū)域中的雷達(dá)信息，檢測(cè)從車輛到目標(biāo)的距離以及車輛與目標(biāo)的相對(duì)速度。處理部根據(jù)這些信息判定該目標(biāo)與車輛碰撞的可能性。由此，迅速地判定與目標(biāo)碰撞的可能性。

與這些相關(guān)的技術(shù)在美國(guó)專利第8068134號(hào)說明書中記載。將這些公開內(nèi)容全部引用于本說明書中。

第五處理裝置的處理部通過雷達(dá)信息或基于雷達(dá)信息和圖像信息的融合處理來識(shí)別車輛前方的一個(gè)或兩個(gè)以上的目標(biāo)。該目標(biāo)包含其他車輛或行人等移動(dòng)體、道路上的用白線表示的行駛車道、路肩以及位于路肩的靜止物(包括排水溝以及障礙物等)、信號(hào)裝置、人行橫道等。處理部能夠包含gps(globalpositioningsystem)天線。也可以通過gps天線檢測(cè)本車輛的位置，并根據(jù)該位置檢索存儲(chǔ)有道路地圖信息的存儲(chǔ)裝置(稱作地圖信息數(shù)據(jù)庫裝置)，確認(rèn)地圖上的當(dāng)前位置。能夠?qū)υ摰貓D上的當(dāng)前位置與通過雷達(dá)信息等識(shí)別出的一個(gè)或兩個(gè)以上的目標(biāo)進(jìn)行比較來識(shí)別行駛環(huán)境。由此，處理部也可以提取推斷為阻礙車輛行駛的目標(biāo)，找出更安全的行駛信息，根據(jù)需要顯示于顯示裝置，并通知駕駛員。

與這些相關(guān)的技術(shù)在美國(guó)專利第6191704號(hào)說明書中記載。將該公開內(nèi)容全部引用于本說明書中。

第五處理裝置還可以具有與車輛外部的地圖信息數(shù)據(jù)庫裝置通信的數(shù)據(jù)通信裝置(具有通信電路)。數(shù)據(jù)通信裝置例如以每周一次或每月一次左右的周期訪問地圖信息數(shù)據(jù)庫裝置，下載最新的地圖信息。由此，能夠利用最新的地圖信息進(jìn)行上述處理。

第五處理裝置還可以對(duì)上述車輛行駛時(shí)獲取的最新的地圖信息與和通過雷達(dá)信息等識(shí)別出的一個(gè)或兩個(gè)以上的目標(biāo)相關(guān)的識(shí)別信息進(jìn)行比較，提取地圖信息中沒有的目標(biāo)信息(以下，稱作“地圖更新信息”)。然后，也可以將該地圖更新信息經(jīng)由數(shù)據(jù)通信裝置發(fā)送至地圖信息數(shù)據(jù)庫裝置。地圖信息數(shù)據(jù)庫裝置也可以將該地圖更新信息與數(shù)據(jù)庫中的地圖信息建立關(guān)聯(lián)來存儲(chǔ)，需要時(shí)更新當(dāng)前的地圖信息本身。更新時(shí)，也可以通過比較從多個(gè)車輛獲得的地圖更新信息來驗(yàn)證更新的可靠性。

另外，該地圖更新信息能夠包含比當(dāng)前的地圖信息數(shù)據(jù)庫裝置所具有的地圖信息詳細(xì)的信息。例如，雖然能夠通過一般的地圖信息掌握道路的概況，但是不包含例如路肩部分的寬度或位于路肩的排水溝的寬度、重新形成的凹凸或建筑物的形狀等信息。并且，也不包含車道和人行道的高度或與人行道相連的斜坡的狀況等信息。地圖信息數(shù)據(jù)庫裝置能夠根據(jù)另行設(shè)定的條件將這些詳細(xì)的信息(以下，稱作“地圖更新詳細(xì)信息”)與地圖信息建立關(guān)聯(lián)來存儲(chǔ)。這些地圖更新詳細(xì)信息通過向包括本車輛的車輛提供比原來的地圖信息詳細(xì)的信息，從而除了用于車輛的安全行駛的用途之外，還能用于其他用途。在此，“包括本車輛的車輛”例如可以是汽車，也可以是摩托車、自行車或今后重新出臺(tái)的自動(dòng)行駛車輛，例如電動(dòng)輪椅等。地圖更新詳細(xì)信息在這些車輛行駛時(shí)利用。

(基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的識(shí)別)

第一至第五處理裝置還可以具有高度識(shí)別裝置。高度識(shí)別裝置也可以設(shè)置于車輛的外部。在該情況下，車輛能夠具有與高度識(shí)別裝置通信的高速數(shù)據(jù)通信裝置。高度識(shí)別裝置也可以由包含所謂的深度學(xué)習(xí)(deeplearning)等在內(nèi)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有時(shí)例如包含卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(convolutionalneuralnetwork，以下稱作“cnn”)。cnn是通過圖像識(shí)別來獲得成果的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其特征點(diǎn)之一是，具有一個(gè)或多個(gè)被稱作卷積層(convolutionallayer)和池化層(poolinglayer)的兩個(gè)層的組。

作為輸入至處理裝置的卷積層中的信息，至少能有以下三種的任一種。

(1)根據(jù)由毫米波雷達(dá)檢測(cè)部獲取的雷達(dá)信息獲得的信息

(2)根據(jù)雷達(dá)信息并根據(jù)由圖像獲取部獲取的特定圖像信息獲得的信息

(3)根據(jù)雷達(dá)信息和由圖像獲取部獲取的圖像信息獲得的融合信息，或者根據(jù)該融合信息獲得的信息

根據(jù)這些信息中的任一信息或組合它們的信息進(jìn)行與卷積層對(duì)應(yīng)的積和運(yùn)算。其結(jié)果是，輸入至下一級(jí)池化層，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的規(guī)則進(jìn)行數(shù)據(jù)的選擇。作為該規(guī)則，例如在選擇像素值的最大值的最大池化(maxpooling)中，按照卷積層的每一個(gè)分割區(qū)域選擇其中的最大值，該最大值成為池化層中的對(duì)應(yīng)的位置的值。

由cnn構(gòu)成的高度識(shí)別裝置有時(shí)具有將這種卷積層與池化層串聯(lián)連接一組或多組的結(jié)構(gòu)。由此，能夠準(zhǔn)確地識(shí)別雷達(dá)信息以及圖像信息中所含的車輛周圍的目標(biāo)。

與這些相關(guān)的技術(shù)在美國(guó)專利第8861842號(hào)說明書、美國(guó)專利第9286524號(hào)說明書以及美國(guó)專利申請(qǐng)公開第2016/0140424號(hào)說明書中記載。將這些公開內(nèi)容全部引用于本說明書中。

第六處理裝置的處理部進(jìn)行與車輛的車頭燈控制相關(guān)的處理。在夜間行駛車輛時(shí)，駕駛員確認(rèn)本車輛的前方是否存在其他車輛或行人，操作本車輛的車頭燈的波束。這是為了防止其他車輛的駕駛員或行人被本車輛的車頭燈迷惑。該第六處理裝置利用雷達(dá)信息或雷達(dá)信息與基于攝像頭等的圖像的組合自動(dòng)控制本車輛的車頭燈。

處理部通過雷達(dá)信息或者基于雷達(dá)信息和圖像信息的融合處理來檢測(cè)相當(dāng)于車輛前方的車輛或行人的目標(biāo)。在該情況下，車輛前方的車輛包含前方的前方車輛、對(duì)向車道的車輛、摩托車等。處理部在檢測(cè)到這些目標(biāo)的情況下，發(fā)出降低車頭燈的波束的指令。接收該指令的車輛內(nèi)部的控制部(控制電路)操作車頭燈，降低該波束。

與這些相關(guān)的技術(shù)在美國(guó)專利第6403942號(hào)說明書、美國(guó)專利第6611610號(hào)說明書、美國(guó)專利第8543277號(hào)說明書、美國(guó)專利第8593521號(hào)說明書以及美國(guó)專利第8636393號(hào)說明書中記載。將這些公開內(nèi)容全部引用于本說明書中。

在以上說明的基于毫米波雷達(dá)檢測(cè)部的處理以及毫米波雷達(dá)檢測(cè)部和攝像頭等圖像拍攝裝置的融合處理中，能夠?qū)崿F(xiàn)毫米波雷達(dá)的高性能化，且能夠小型地構(gòu)成該毫米波雷達(dá)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)毫米波雷達(dá)處理或融合處理整體的高性能化和小型化等。由此，目標(biāo)識(shí)別的精度提高，能夠?qū)崿F(xiàn)車輛的更安全的駕駛控制。

＜應(yīng)用例2：各種監(jiān)控系統(tǒng)(自然物體、建筑物、道路、監(jiān)護(hù)、安全)＞

具有基于本公開的實(shí)施方式的陣列天線的毫米波雷達(dá)(雷達(dá)系統(tǒng))在自然物體、氣象、建筑物、安全、看護(hù)等中的監(jiān)控領(lǐng)域中也能夠廣泛活用。在與此相關(guān)的監(jiān)控系統(tǒng)中，包含毫米波雷達(dá)的監(jiān)控裝置例如設(shè)置在固定的位置，始終對(duì)監(jiān)控對(duì)象進(jìn)行監(jiān)控。此時(shí)，將監(jiān)控對(duì)象的檢測(cè)分辨率調(diào)整為最佳值來設(shè)定毫米波雷達(dá)。

具有基于本公開的實(shí)施方式的陣列天線的毫米波雷達(dá)能夠通過超過例如100ghz的高頻電磁波進(jìn)行檢測(cè)。并且，關(guān)于在雷達(dá)識(shí)別中使用的方式、例如fmcw方式等中的調(diào)制頻帶，該毫米波雷達(dá)當(dāng)前實(shí)現(xiàn)了超過4ghz的寬帶。即，與前述的超寬帶無線技術(shù)(uwb：ultrawideband)對(duì)應(yīng)。該調(diào)制頻帶與距離分辨率有關(guān)。即，以往的貼片天線中的調(diào)制頻帶最大為600mhz左右，因此其距離分辨率為25cm。與此相對(duì)，在與本陣列天線相關(guān)的毫米波雷達(dá)中，其距離分辨率為3.75cm。這表示能夠?qū)崿F(xiàn)還與以往的光學(xué)雷達(dá)的距離分辨率對(duì)等的性能。另一方面，如上所述，光學(xué)雷達(dá)等光學(xué)式傳感器在夜間或惡劣天氣時(shí)無法檢測(cè)目標(biāo)。與此相對(duì)，在毫米波雷達(dá)中，無論晝夜以及氣候如何，都能始終檢測(cè)。由此，能夠?qū)⑴c本陣列天線相關(guān)的毫米波雷達(dá)用于無法在利用以往的貼片天線的毫米波雷達(dá)中適用的多種用途中。

圖31是表示基于毫米波雷達(dá)的監(jiān)控系統(tǒng)1500的結(jié)構(gòu)例的圖?；诤撩撞ɡ走_(dá)的監(jiān)控系統(tǒng)1500至少具有傳感器部1010和主體部1100。傳感器部1010至少具有：對(duì)準(zhǔn)監(jiān)控對(duì)象1015的天線1011；根據(jù)所收發(fā)的電磁波檢測(cè)目標(biāo)的毫米波雷達(dá)檢測(cè)部1012；以及發(fā)送檢測(cè)出的雷達(dá)信息的通信部(通信電路)1013。主體部1100至少具有：接收雷達(dá)信息的通信部(通信電路)1103；根據(jù)所接收的雷達(dá)信息進(jìn)行規(guī)定的處理的處理部(處理電路)1101；以及蓄積過去的雷達(dá)信息以及規(guī)定的處理所需的其他信息等的數(shù)據(jù)蓄積部(記錄介質(zhì))1102。在傳感器部1010與主體部1100之間存在通信線路1300，借助該通信線路1300在傳感器部1010與主體部1100之間發(fā)送和接收信息以及指令。在此，通信線路例如能夠包含互聯(lián)網(wǎng)等通用的通信網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、專用的通信線路等中的任一種。另外，本監(jiān)控系統(tǒng)1500也可以是不借助通信線路直接連接傳感器部1010與主體部1100的結(jié)構(gòu)。在傳感器部1010除了設(shè)置毫米波雷達(dá)之外，還能夠并列設(shè)置攝像頭等光學(xué)傳感器。由此，通過利用雷達(dá)信息和基于攝像頭等的圖像信息的融合處理來識(shí)別目標(biāo)，能夠更高度地檢測(cè)監(jiān)控對(duì)象1015等。

以下，對(duì)實(shí)現(xiàn)這些應(yīng)用事例的監(jiān)控系統(tǒng)的例子進(jìn)行具體說明。

[自然物體監(jiān)控系統(tǒng)]

第一監(jiān)控系統(tǒng)是將自然物體作為監(jiān)控對(duì)象的系統(tǒng)(以下，稱作“自然物體監(jiān)控系統(tǒng)”)。參照?qǐng)D31，對(duì)該自然物體監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行說明。該自然物體監(jiān)控系統(tǒng)1500中的監(jiān)控對(duì)象1015例如可以是河川、海面、山丘、火山、地表等。例如，在河川為監(jiān)控對(duì)象1015的情況下，固定在固定位置的傳感器部1010始終對(duì)河川1015的水面進(jìn)行監(jiān)控。該水面信息始終發(fā)送至主體部1100中的處理部1101。而且，在水面具有規(guī)定以上的高度的情況下，處理部1101經(jīng)由通信線路1300通知與本監(jiān)控系統(tǒng)分體地設(shè)置的例如氣象觀測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)等其他系統(tǒng)1200?；蛘?，處理部1101將用于自動(dòng)封閉設(shè)置于河川1015的閘門等(未圖示)的指示信息發(fā)送給管理閘門的系統(tǒng)(未圖示)。

該自然物體監(jiān)控系統(tǒng)1500能夠用一個(gè)主體部1100監(jiān)控多個(gè)傳感器部1010、1020等。在該多個(gè)傳感器部分散配置在固定地區(qū)的情況下，能夠同時(shí)掌握該地區(qū)的河川的水位狀況。由此，還能夠評(píng)價(jià)該地區(qū)的降雨如何影響河川的水位以及是否有引發(fā)洪水等災(zāi)害的可能性。與此相關(guān)的信息能夠經(jīng)由通信線路1300通知給氣象觀測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)等其他系統(tǒng)1200。由此，氣象觀測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)等其他系統(tǒng)1200能夠?qū)⒈煌ㄖ男畔⒒钣迷诟鼜V范圍的氣象觀測(cè)或?yàn)?zāi)害預(yù)測(cè)。

該自然物體監(jiān)控系統(tǒng)1500同樣也能夠適用于河川以外的其他自然物體。例如，在監(jiān)控海嘯或高潮的監(jiān)控系統(tǒng)中，其監(jiān)控對(duì)象為海面水位。并且，還能夠?qū)?yīng)海面水位的上升自動(dòng)開閉防潮堤的閘門?；蛘?，在對(duì)因降雨或地震等引起的上蹦進(jìn)行監(jiān)控的監(jiān)控系統(tǒng)中，其監(jiān)控對(duì)象為山丘部的地表等。

[交通道路監(jiān)控系統(tǒng)]

第二監(jiān)控系統(tǒng)是監(jiān)控交通道路的系統(tǒng)(以下，稱作“交通道路監(jiān)控系統(tǒng)”)。該交通道路監(jiān)控系統(tǒng)中的監(jiān)控對(duì)象例如可以是鐵道道口、特定的線路、機(jī)場(chǎng)的跑道、道路的交叉點(diǎn)、特定的道路或停車場(chǎng)等。

例如，在監(jiān)控對(duì)象為鐵道道口的情況下，傳感器部1010配置在能夠監(jiān)控道口內(nèi)部的位置。在該情況下，在傳感器部1010除了設(shè)置毫米波雷達(dá)之外，還并列設(shè)置攝像頭等光學(xué)傳感器。在該情況下，通過雷達(dá)信息和圖像信息的融合處理，能夠以更多角度檢測(cè)監(jiān)控對(duì)象中的目標(biāo)。通過傳感器部1010獲得的目標(biāo)信息經(jīng)由通信線路1300發(fā)送至主體部1100。主體部1100進(jìn)行更高度的識(shí)別處理、控制所需的其他信息(例如，電車的駕駛信息等)的收集以及基于這些信息的必要的控制指示等。在此，必要的控制指示是指例如在封閉道口時(shí)確認(rèn)道口內(nèi)部有人或車輛等的情況下，使電車停止等的指示。

并且，例如在將監(jiān)控對(duì)象設(shè)為機(jī)場(chǎng)的跑道的情況下，多個(gè)傳感器部1010、1020等以能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)定的分辨率的方式沿著跑道配置，該分辨率例如為能夠檢測(cè)跑道上的5平方厘米以上的異物的分辨率。監(jiān)控系統(tǒng)1500無論是晝夜以及氣候如何，都始終在跑道上監(jiān)控。該功能是只有使用可對(duì)應(yīng)uwb的本公開的實(shí)施方式中的毫米波雷達(dá)時(shí)才能實(shí)現(xiàn)的功能。并且，由于本毫米波雷達(dá)能夠?qū)崿F(xiàn)小型、高分辨率以及低成本，因此即使在無死角地覆蓋跑道整個(gè)面的情況下,也能夠?qū)嶋H地對(duì)應(yīng)。在該情況下，主體部1100統(tǒng)一管理多個(gè)傳感器部1010、1020等。主體部1100在確認(rèn)跑道上有異物的情況下，向機(jī)場(chǎng)管制系統(tǒng)(未圖示)發(fā)送與異物的位置和大小相關(guān)的信息。接收該信息的機(jī)場(chǎng)管制系統(tǒng)暫時(shí)禁止在該跑道上的起降。在此期間，主體部1100例如對(duì)在另行設(shè)置的跑道上自動(dòng)清掃的車輛等發(fā)送與異物的位置和大小相關(guān)的信息。接收該信息的清掃車輛獨(dú)立移動(dòng)至有異物的位置，自動(dòng)去除該異物。清掃車輛若完成異物的去除，則向主體部1100發(fā)送完成去除的信息。然后，主體部1100使檢測(cè)到該異物的傳感器部1010等再次確認(rèn)“沒有異物”，在確認(rèn)安全之后，向機(jī)場(chǎng)管制系統(tǒng)傳遞該確認(rèn)內(nèi)容。接收該確認(rèn)內(nèi)容的機(jī)場(chǎng)管制系統(tǒng)解除該跑道的起降禁止。

而且，例如在將監(jiān)控對(duì)象設(shè)為停車場(chǎng)的情況下，能夠自動(dòng)識(shí)別停車場(chǎng)的哪個(gè)位置空著。與此相關(guān)的技術(shù)在美國(guó)專利第6943726號(hào)說明書中記載。將該公開內(nèi)容全部引用于本說明書中。

[安全監(jiān)控系統(tǒng)]

第三監(jiān)控系統(tǒng)是監(jiān)控非法入侵者侵入私人用地內(nèi)或房屋的系統(tǒng)(以下，稱作“安全監(jiān)控系統(tǒng)”)。通過該安全監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控的對(duì)象例如為私人用地內(nèi)或房屋內(nèi)等特定區(qū)域。

例如，在將監(jiān)控對(duì)象設(shè)為私人用地內(nèi)的情況下，傳感器部1010配置在能夠監(jiān)控私人用地內(nèi)的一個(gè)或兩個(gè)以上的位置。在該情況下，作為傳感器部1010，除了設(shè)置毫米波雷達(dá)之外，還并列設(shè)置攝像頭等光學(xué)傳感器。在該情況下，通過雷達(dá)信息和圖像信息的融合處理，能夠以更多角度檢測(cè)監(jiān)控對(duì)象中的目標(biāo)。由傳感器部1010獲得的目標(biāo)信息經(jīng)由通信線路1300發(fā)送至主體部1100。在主體部1100中，進(jìn)行更高度的識(shí)別處理、控制所需的其他信息(例如，為了準(zhǔn)確地識(shí)別侵入對(duì)象是人還是狗或鳥等動(dòng)物而所需的參照數(shù)據(jù)等)的收集以及基于這些信息的必要的控制指示等。在此，必要的控制指示例如除了包括鳴笛設(shè)置在用地內(nèi)的警報(bào)或者打開照明等指示之外，還包括通過便攜通信線路等直接通知用地的管理人員等指示。主體部1100中的處理部1101還可以使內(nèi)置的采用深度學(xué)習(xí)等方法的高度識(shí)別裝置進(jìn)行檢測(cè)出的目標(biāo)的識(shí)別?；蛘?，該高度識(shí)別裝置還可以配置在外部。在該情況下，高度識(shí)別裝置能夠通過通信線路1300連接。

與此相關(guān)的技術(shù)在美國(guó)專利第7425983號(hào)說明書中記載。將該公開內(nèi)容全部引用于本說明書中。

作為這種安全監(jiān)控系統(tǒng)的其他實(shí)施方式，在設(shè)置于機(jī)場(chǎng)的登機(jī)口、車站的檢票口、建筑物的入口等的人監(jiān)控系統(tǒng)中也能夠應(yīng)用。通過該人監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控的對(duì)象例如為機(jī)場(chǎng)的登機(jī)口、車站的檢票口、建筑物的入口等。

例如，監(jiān)控對(duì)象為機(jī)場(chǎng)的登機(jī)口的情況下，傳感器部1010例如能夠設(shè)置在登機(jī)口的行李檢查裝置。在該情況下，該檢查方法有如下兩種方法。一種方法是，通過毫米波雷達(dá)接收自身發(fā)送的電磁波通過作為監(jiān)控對(duì)象的乘客反射回來的電磁波，檢查乘客的行李等。另一種方法是，通過利用天線接收從作為乘客自身的人體發(fā)射的微弱的毫米波，檢查乘客隱藏的異物。在后者的方法中，優(yōu)選毫米波雷達(dá)具有對(duì)所接收的毫米波進(jìn)行掃描的功能。該掃描功能可以通過利用數(shù)字波束形成來實(shí)現(xiàn)，也可以通過機(jī)械式掃描動(dòng)作實(shí)現(xiàn)。另外，關(guān)于主體部1100的處理，還能夠利用與前述的例子相同的通信處理以及識(shí)別處理。

[建筑物檢查系統(tǒng)(非破壞檢查)]

第四監(jiān)控系統(tǒng)是監(jiān)控或檢查道路或鐵道的高架橋或建筑物等的混凝土的內(nèi)部或者道路或地面的內(nèi)部等的系統(tǒng)(以下，稱作“建筑物檢查系統(tǒng)”)。通過該建筑物檢查系統(tǒng)監(jiān)控的對(duì)象例如為高架橋或建筑物等的混凝土的內(nèi)部或者道路或地面的內(nèi)部等。

例如，在監(jiān)控對(duì)象為混凝土建筑物的內(nèi)部的情況下，傳感器部1010具有能夠使天線1011沿著混凝土建筑物的表面掃描的結(jié)構(gòu)。在此，“掃描”可以手動(dòng)實(shí)現(xiàn)，也可以通過另行設(shè)置掃描用的固定軌道并利用馬達(dá)等的驅(qū)動(dòng)力使天線在該軌道上移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。并且，在監(jiān)控對(duì)象為道路或地面的情況下，也可以通過在車輛等朝下方向設(shè)置天線1011，并使車輛以恒速行駛來實(shí)現(xiàn)“掃描”。在傳感器部1010中使用的電磁波可以使用超過例如100ghz的所謂的太赫茲區(qū)域的毫米波。如上所述，根據(jù)本公開的實(shí)施方式中的陣列天線，即使在超過例如100ghz的電磁波中，也能夠構(gòu)成損耗比以往的貼片天線等更少的天線。更高頻的電磁波能夠更深地滲透到混凝土等檢查對(duì)象物中，能夠?qū)崿F(xiàn)更準(zhǔn)確的非破壞檢查。另外，關(guān)于主體部1100的處理，還能夠利用與前述的其他監(jiān)控系統(tǒng)等相同的通信處理和識(shí)別處理。

與此相關(guān)的技術(shù)在美國(guó)專利第6661367號(hào)說明書中記載。將該公開內(nèi)容全部引用于本說明書中。

[人監(jiān)控系統(tǒng)]

第五監(jiān)控系統(tǒng)是對(duì)看護(hù)對(duì)象進(jìn)行監(jiān)護(hù)的系統(tǒng)(以下，稱作“人監(jiān)護(hù)系統(tǒng)”)。通過該人監(jiān)護(hù)系統(tǒng)監(jiān)控的對(duì)象例如為看護(hù)人員或醫(yī)院的患者等。

例如，在將監(jiān)控對(duì)象設(shè)為看護(hù)設(shè)施的室內(nèi)的看護(hù)人員的情況下，在該室內(nèi)的可監(jiān)控整個(gè)室內(nèi)的一個(gè)或兩個(gè)以上的位置配置傳感器部1010。在該情況下，在傳感器部1010除了設(shè)置毫米波雷達(dá)之外，還可以并列設(shè)置攝像頭等光學(xué)傳感器。在該情況下，能夠通過雷達(dá)信息和圖像信息的融合處理以更多角度對(duì)監(jiān)控對(duì)象進(jìn)行監(jiān)控。另一方面，在將監(jiān)控對(duì)象設(shè)為人的情況下，從保護(hù)個(gè)人隱私的觀點(diǎn)來看，有時(shí)不適合通過攝像頭等進(jìn)行監(jiān)控?？紤]這一點(diǎn)，需要選擇傳感器。另外，在通過毫米波雷達(dá)進(jìn)行的目標(biāo)檢測(cè)時(shí)，并非利用圖像獲取作為監(jiān)控對(duì)象的人，能夠利用可以說是該圖像的影子的信號(hào)獲取作為監(jiān)控對(duì)象的人。因此，從保護(hù)個(gè)人隱私的觀點(diǎn)來看，毫米波雷達(dá)可以說是優(yōu)選的傳感器。

由傳感器部1010獲得的看護(hù)人員的信息經(jīng)由通信線路1300發(fā)送至主體部1100。傳感器部1010進(jìn)行更高度的識(shí)別處理、控制所需的其他信息(例如，準(zhǔn)確地識(shí)別看護(hù)人員的目標(biāo)信息所需的參照數(shù)據(jù)等)的收集以及基于這些信息的必要的控制指示等。在此，必要的控制指示例如包含根據(jù)檢測(cè)結(jié)果直接通知管理人員等的指示。并且，主體部1100的處理部1101也可以使內(nèi)置的采用深度學(xué)習(xí)等方法的高度識(shí)別裝置識(shí)別所檢測(cè)出的目標(biāo)。該高度識(shí)別裝置也可以配置在外部。在該情況下，高度識(shí)別裝置能夠通過通信線路1300連接。

在毫米波雷達(dá)中，在將人設(shè)為監(jiān)控對(duì)象的情況下，能夠追加至少以下兩個(gè)功能。

第一功能是心率、呼吸次數(shù)的監(jiān)控功能。在毫米波雷達(dá)中，電磁波能夠穿透衣服檢測(cè)人體的皮膚表面的位置以及心跳。處理部1101首先檢測(cè)成為監(jiān)控對(duì)象的人及其外形。接著，例如在檢測(cè)心率的情況下，確定容易檢測(cè)心跳的體表面的位置，并使該位置的心跳時(shí)序化來進(jìn)行檢測(cè)。由此，能夠檢測(cè)例如每分鐘的心率。在檢測(cè)呼吸次數(shù)的情況下也相同。通過利用該功能，能夠始終確認(rèn)看護(hù)人員的健康狀態(tài)，從而能夠?qū)醋o(hù)人員進(jìn)行更高質(zhì)量的監(jiān)護(hù)。

第二功能是跌倒檢測(cè)功能。老人等看護(hù)人員有時(shí)因腰腿虛弱而跌倒。當(dāng)人跌倒時(shí)，人體的特定部位、例如頭部等的速度或加速度在固定以上。在利用毫米波雷達(dá)將人設(shè)為監(jiān)控對(duì)象的情況下，能夠始終檢測(cè)對(duì)象目標(biāo)的相對(duì)速度或加速度。因此，通過例如將頭部確定為監(jiān)控對(duì)象并時(shí)序性地檢測(cè)其相對(duì)速度或加速度，在檢測(cè)到固定值以上的速度的情況下，能夠識(shí)別為跌倒。在識(shí)別為跌倒的情況下，處理部1101例如能夠下發(fā)與看護(hù)支援對(duì)應(yīng)的可靠的指示等。

另外，在以上說明的監(jiān)控系統(tǒng)等中，傳感器部1010固定在固定的位置。但是，還能夠?qū)鞲衅鞑?010設(shè)置在例如機(jī)器人、車輛、無人機(jī)等飛行體等移動(dòng)體。在此，車輛等不僅包含例如汽車，而且還包含電動(dòng)輪椅等小型移動(dòng)體。在該情況下，該移動(dòng)體也可以為了始終確認(rèn)自己的當(dāng)前位置而內(nèi)置gps。此外，該移動(dòng)體也可以具有利用地圖信息以及對(duì)前述的第五處理裝置說明的地圖更新信息進(jìn)一步提高自身當(dāng)前位置的準(zhǔn)確性的功能。

而且，由于在類似以上說明的第一至第三檢測(cè)裝置、第一至第六處理裝置、第一至第五監(jiān)控系統(tǒng)等的裝置或系統(tǒng)中利用與這些裝置或系統(tǒng)相同的結(jié)構(gòu)，因此能夠利用本公開的實(shí)施方式中的陣列天線或毫米波雷達(dá)。

＜應(yīng)用例3：通信系統(tǒng)＞

[通信系統(tǒng)的第一例]

本公開中的導(dǎo)波路裝置以及天線裝置(陣列天線)能夠用于構(gòu)成通信系統(tǒng)(telecommunicationsystem)的發(fā)送器(transmitter)和/或接收器(receiver)。本公開中的導(dǎo)波路裝置以及天線裝置由于使用層疊的導(dǎo)電部件構(gòu)成，因此與使用導(dǎo)波管的情況相比，能夠?qū)l(fā)送器和/或接收器的大小抑制得較小。并且，由于不需要電介質(zhì)，因此與使用微帶線路的情況相比，能夠?qū)㈦姶挪ǖ慕殡姄p耗抑制得較小。由此，能夠構(gòu)筑具有小型且高效的發(fā)送器和/或接收器的通信系統(tǒng)。

這種通信系統(tǒng)可以是直接對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行調(diào)制來收發(fā)的模擬式通信系統(tǒng)。但是，只要是數(shù)字式通信系統(tǒng)，則能夠構(gòu)筑更靈活且性能高的通信系統(tǒng)。

以下，參照?qǐng)D32對(duì)使用本公開的實(shí)施方式中的導(dǎo)波路裝置以及天線裝置的數(shù)字式通信系統(tǒng)800a進(jìn)行說明。

圖32是表示數(shù)字式通信系統(tǒng)800a的結(jié)構(gòu)的框圖。通信系統(tǒng)800a具有發(fā)送器810a和接收器820a。發(fā)送器810a具有模擬/數(shù)字(a/d)轉(zhuǎn)換器812、編碼器813、調(diào)制器814以及發(fā)送天線815。接收器820a具有接收天線825、解調(diào)器824、解碼器823以及數(shù)字/模擬(d/a)轉(zhuǎn)換器822。發(fā)送天線815以及接收天線825中的至少一個(gè)能夠通過本公開的實(shí)施方式中的陣列天線實(shí)現(xiàn)。在本應(yīng)用例中，將包含與發(fā)送天線815連接的調(diào)制器814、編碼器813以及a/d轉(zhuǎn)換器812等的電路稱作發(fā)送電路。將包含與接收天線825連接的解調(diào)器824、解碼器823以及d/a轉(zhuǎn)換器822等的電路稱作接收電路。還有時(shí)將發(fā)送電路和接收電路統(tǒng)稱為通信電路。

發(fā)送器810a通過模擬/數(shù)字(a/d)轉(zhuǎn)換器812將從信號(hào)源811接收的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。接著，通過編碼器813對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼。在此，編碼是指操作應(yīng)發(fā)送的數(shù)字信號(hào)，并轉(zhuǎn)換為適于通信的方式。這種編碼的例子有cdm(code-divisionmultiplexing：碼分多路復(fù)用)等。并且，用于進(jìn)行tdm(time-divisionmultiplexing：時(shí)分多路復(fù)用)或fdm(frequencydivisionmultiplexing：頻分多路復(fù)用)或ofdm(orthogonalfrequencydivisionmultiplexing：正交頻分復(fù)用)的轉(zhuǎn)換也是該編碼的一個(gè)例子。被編碼的信號(hào)通過調(diào)制器814轉(zhuǎn)換為高頻信號(hào)，被從發(fā)送天線815發(fā)送。

另外，在通信領(lǐng)域中，有時(shí)將表示重疊于載波的信號(hào)的波稱作“信號(hào)波”，但是本說明書中的“信號(hào)波”這一術(shù)語并不以這種含義使用。本說明書中的“信號(hào)波”泛指在導(dǎo)波路中傳播的電磁波以及利用天線元件收發(fā)的電磁波。

接收器820a使由接收天線825接收的高頻信號(hào)通過解調(diào)器824恢復(fù)成低頻的信號(hào)，通過解碼器823恢復(fù)成數(shù)字信號(hào)。被解碼的數(shù)字信號(hào)通過數(shù)字/模擬(d/a)轉(zhuǎn)換器822恢復(fù)成模擬信號(hào)，被送至數(shù)據(jù)接收器(數(shù)據(jù)接收裝置)821。通過以上處理，完成一系列發(fā)送和接收的進(jìn)程。

在進(jìn)行通信的主體為計(jì)算機(jī)之類的數(shù)字設(shè)備的情況下，在上述處理中不需要發(fā)送信號(hào)的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換以及接收信號(hào)的數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換。因此，能夠省略圖32中的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器812以及數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器822。這種結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)也包含于數(shù)字式通信系統(tǒng)。

在數(shù)字式通信系統(tǒng)中，為了確保信號(hào)強(qiáng)度或擴(kuò)大通信容量而使用各種方法。這種方法大多在使用毫米波段或太赫茲頻段的電波的通信系統(tǒng)中也有效。

毫米波段或太赫茲頻段中的電波與更低頻率的電波相比，直進(jìn)性高，繞到障礙物的背面?zhèn)鹊难苌湫?。因此，接收器無法直接接收從發(fā)送器發(fā)送來的電波的情況也不少。即使在這種狀況下，雖然大多能夠接收反射波，但是大多情況下反射波的電波信號(hào)的質(zhì)量比直接波差，因此更加難以穩(wěn)定地接收。并且，還有多個(gè)反射波經(jīng)過不同的路徑入射的情況。在該情況下，不同路徑長(zhǎng)度的接收波的相位互不相同，引起多徑衰落(multi-pathfading)。

作為用于改善這種狀況的技術(shù)，能夠利用被稱作天線分集(antennadiversity)的技術(shù)。在該技術(shù)中，發(fā)送器以及接收器中的至少一個(gè)具有多個(gè)天線。若這些多個(gè)天線之間的距離以波長(zhǎng)程度以上不同，則接收波的狀態(tài)就會(huì)不同。因此，選擇使用能夠進(jìn)行質(zhì)量最好的收發(fā)的天線。由此，能夠提高通信的可靠性。并且，也可以合成從多個(gè)天線獲得的信號(hào)來改善信號(hào)的質(zhì)量。

在圖32所示的通信系統(tǒng)800a中，例如接收器820a可以具有多個(gè)接收天線825。在該情況下，在多個(gè)接收天線825與解調(diào)器824之間存在切換器。接收器820a通過切換器將從多個(gè)接收天線825中獲得質(zhì)量最好的信號(hào)的天線與解調(diào)器824連接起來。另外，在該例子中，也可以使發(fā)送器810a具有多個(gè)發(fā)送天線815。

[通信系統(tǒng)的第二例]

圖33是表示包含能夠改變電波的發(fā)射模式的發(fā)送器810b的通信系統(tǒng)800b的例子的框圖。在該應(yīng)用例中，接收器與圖32所示的接收器820a相同。因此，在圖33中不圖示接收器。發(fā)送器810b除了具有發(fā)送器810a的結(jié)構(gòu)之外，還具有包含多個(gè)天線元件8151的天線陣列815b。天線陣列815b可以是本公開的實(shí)施方式中的陣列天線。發(fā)送器810b在多個(gè)天線元件8151與調(diào)制器814之間還具有各自連接的多個(gè)相移器(ps)816。在該發(fā)送器810b中，調(diào)制器814的輸出被送至多個(gè)相移器816，在該相移器816中獲得相位差，被向多個(gè)天線元件8151導(dǎo)出。在多個(gè)天線元件8151以等間隔配置的情況下，且在向各天線元件8151中的相鄰的天線元件供給以固定量不同的相位的高頻信號(hào)的情況下，天線陣列815b的主波瓣817與該相位差相應(yīng)地朝向從正面傾斜的方位。該方法有時(shí)被稱作波束形成(beamforming)。

能夠使各相移器816賦予的相位差各不相同來改變主波瓣817的方位。該方法有時(shí)被稱作波束轉(zhuǎn)向(beamsteering)。能夠通過找出收發(fā)狀態(tài)最好的相位差來提高通信的可靠性。另外，在此說明了相移器816賦予的相位差在相鄰的天線元件8151之間固定的例子，但是并不限定于這種例子。并且，也可以以向不僅直接波到達(dá)接收器而且反射波到達(dá)接收器的方位發(fā)射電波的方式賦予相位差。

在發(fā)送器810b中，還能夠利用被稱作零轉(zhuǎn)向(nullsteering)的方法。這是指通過調(diào)節(jié)相位差形成無法向特定的方向發(fā)射電波的狀態(tài)的方法。通過進(jìn)行零轉(zhuǎn)向，能夠抑制朝向不希望發(fā)送電波的其他接收器發(fā)射的電波。由此，能夠避免干擾。使用毫米波或太赫茲波的數(shù)字通信雖然能夠使用非常寬的頻帶，但也優(yōu)選盡可能高效地使用頻帶。由于只要利用零轉(zhuǎn)向，就能夠以同一頻帶進(jìn)行多個(gè)收發(fā)，因此能夠提高頻帶的利用效率。使用波束形成、波束轉(zhuǎn)向以及零轉(zhuǎn)向等技術(shù)提高頻帶的利用效率的方法有時(shí)還被稱作sdma(spatialdivisionmultipleaccess：空分多址)。

[通信系統(tǒng)的第三例]

為了增加特定頻帶的通信容量，還能夠應(yīng)用被稱作mimo(multiple-inputandmultiple-output：多輸入多輸出)的方法。在mimo中，可以使用多個(gè)發(fā)送天線以及多個(gè)接收天線。分別從多個(gè)發(fā)送天線發(fā)射電波。在某一例子中，能夠使各自不同的信號(hào)與被發(fā)射的電波重疊。每多個(gè)接收天線均接收被發(fā)送來的多個(gè)電波。但是，由于不同的接收天線接收經(jīng)過不同的路徑到達(dá)的電波，因此所接收的電波的相位產(chǎn)生差異。通過利用該差異，能夠在接收器側(cè)分離出多個(gè)電波中所含的多個(gè)信號(hào)。

本公開所涉及的導(dǎo)波路裝置以及天線裝置也能夠用于利用mimo的通信系統(tǒng)。以下，對(duì)這種通信系統(tǒng)的例子進(jìn)行說明。

圖34是表示裝配有mimo功能的通信系統(tǒng)800c的例子的框圖。在該通信系統(tǒng)800c中，發(fā)送器830具有編碼器832、tx-mimo處理器833以及兩個(gè)發(fā)送天線8351、8352。接收器840具有兩個(gè)接收天線8451、8452、rx-mimo處理器843以及解碼器842。另外，發(fā)送天線以及接收天線的個(gè)數(shù)也可以分別大于兩個(gè)。在此，為了簡(jiǎn)單說明，舉出各天線為兩個(gè)的例子。一般來講，mimo通信系統(tǒng)的通信容量與發(fā)送天線和接收天線中的少的一方的個(gè)數(shù)成比例地增大。

從數(shù)據(jù)信號(hào)源831接收信號(hào)的發(fā)送器830為了發(fā)送信號(hào)而通過編碼器832進(jìn)行編碼。被編碼的信號(hào)通過tx-mimo處理器833分配至兩個(gè)發(fā)送天線8351、8352。

在mimo方式的某一例子中的處理方法中，tx-mimo處理器833將被編碼的信號(hào)的列分割為與發(fā)送天線8352的數(shù)量相同的數(shù)量的兩列，并列發(fā)送至發(fā)送天線8351、8352。發(fā)送天線8351、8352分別發(fā)射包含被分割的多個(gè)信號(hào)列的信息的電波。在發(fā)送天線為n個(gè)的情況下，信號(hào)列被分割為n列。被發(fā)射的電波同時(shí)由兩個(gè)接收天線8451、8452這兩者接收。即，分別由接收天線8451、8452接收的電波中混雜有發(fā)送時(shí)分割的兩個(gè)信號(hào)。通過rx-mimo處理器843進(jìn)行該混雜的信號(hào)的分離。

若例如關(guān)注電波的相位差，則能夠分離混雜的兩個(gè)信號(hào)。接收天線8451、8452接收從發(fā)送天線8351到達(dá)的電波時(shí)的兩個(gè)電波的相位差與接收天線8451、8452接收從發(fā)送天線8352到達(dá)的電波時(shí)的兩個(gè)電波的相位差不同。即，接收天線之間的相位差根據(jù)收發(fā)的路徑而不同。并且，只要發(fā)送天線與接收天線的空間配置關(guān)系不變，則這些相位差就不會(huì)變。因此，通過將由兩個(gè)接收天線接收的接收信號(hào)錯(cuò)開根據(jù)收發(fā)路徑規(guī)定的相位來建立關(guān)聯(lián)，能夠提取經(jīng)過該收發(fā)路徑接收的信號(hào)。rx-mimo處理器843例如通過該方法從接收信號(hào)分離兩個(gè)信號(hào)列，恢復(fù)分割之前的信號(hào)列。由于被恢復(fù)的信號(hào)列尚處于被編碼的狀態(tài)，因此被送至解碼器842，并在解碼器842中復(fù)原成原來的信號(hào)。被復(fù)原的信號(hào)被送至數(shù)據(jù)接收器841。

雖然該例子中的mimo通信系統(tǒng)800c收發(fā)數(shù)字信號(hào)，但也能夠?qū)崿F(xiàn)收發(fā)模擬信號(hào)的mimo通信系統(tǒng)。在該情況下，在圖34的結(jié)構(gòu)中追加了參照?qǐng)D32說明的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器和數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器。另外，用于區(qū)分來自不同的發(fā)送天線的信號(hào)的信息并不限于相位差的信息。一般來講，若發(fā)送天線和接收天線的組合不同，則被接收的電波除了相位不同以外，散射或衰落等的狀況也有可能不同。這些統(tǒng)稱為csi(channelstateinformation：信道狀態(tài)信息)。csi在利用mimo的系統(tǒng)中用于區(qū)分不同的收發(fā)路徑。

另外，多個(gè)發(fā)送天線發(fā)射包含各自獨(dú)立的信號(hào)的發(fā)送波并不是必要條件。只要能夠在接收天線側(cè)分離，則也可以是各發(fā)送天線發(fā)射包含多個(gè)信號(hào)的電波的結(jié)構(gòu)。并且，還能夠如下構(gòu)成：在發(fā)送天線側(cè)進(jìn)行波束形成，作為來自各發(fā)送天線的電波的合成波，在接收天線側(cè)形成包含單一信號(hào)的發(fā)送波。該情況也成為各發(fā)送天線發(fā)射包含多個(gè)信號(hào)的電波的結(jié)構(gòu)。

在該第三例中也與第一以及第二例相同，能夠?qū)dm、fdm、tdm、ofdm等各種方法用作信號(hào)的編碼方法。

在通信系統(tǒng)中，裝設(shè)有用于處理信號(hào)的集成電路(稱作信號(hào)處理電路或通信電路)的電路基板能夠?qū)盈B配置在本公開的實(shí)施方式中的導(dǎo)波路裝置以及天線裝置。由于本公開的實(shí)施方式中的導(dǎo)波路裝置以及天線裝置具有層疊板形狀的導(dǎo)電部件而成的結(jié)構(gòu)，因此容易設(shè)成將電路基板疊加在這些導(dǎo)電部件上的配置。通過設(shè)成這種配置，能夠?qū)崿F(xiàn)容積比使用導(dǎo)波管等的情況小的發(fā)送器以及接收器。

在以上說明的通信系統(tǒng)的第一至第三例中，發(fā)送器或接收器的構(gòu)成要素、即模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器、數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器、編碼器、解碼器、調(diào)制器、解調(diào)器、tx-mimo處理器、rx-mimo處理器等表示為圖32、圖33、圖34中獨(dú)立的一個(gè)要素，但并非必須獨(dú)立。例如，也可以用一個(gè)集成電路實(shí)現(xiàn)這些所有要素。或者，也可以將一部分要素集中起來用一個(gè)集成電路實(shí)現(xiàn)。無論是哪一種情況，只要實(shí)現(xiàn)本公開中說明的功能，則都可以說是實(shí)施了本發(fā)明。

如上所述，本公開包括以下天線、裝置以及系統(tǒng)。

[項(xiàng)目1]

一種縫隙天線，其具有：

第一導(dǎo)電部件，其具有第一導(dǎo)電性表面；

第二導(dǎo)電部件，其具有與所述第一導(dǎo)電性表面相向的第二導(dǎo)電性表面；

導(dǎo)波部件，其位于所述第一導(dǎo)電部件與所述第二導(dǎo)電部件之間，具有與所述第一導(dǎo)電性表面相向的條形狀的導(dǎo)電性導(dǎo)波面，并且在第一方向上沿著所述第一導(dǎo)電性表面延伸；以及

人工磁導(dǎo)體，其在所述第一導(dǎo)電部件與所述第二導(dǎo)電部件之間位于所述導(dǎo)波部件的兩側(cè)，

所述第一導(dǎo)電部件具有縫隙，

所述縫隙為具有一對(duì)縱部分以及連接所述一對(duì)縱部分的橫部分的復(fù)合縫隙，

所述復(fù)合縫隙的所述橫部分與所述導(dǎo)波面相向，并且與所述第一方向交叉。

[項(xiàng)目2]

根據(jù)項(xiàng)目1所述的縫隙天線，其中，

所述導(dǎo)波面的與所述橫部分相向的部分的寬度比包含所述一對(duì)縱部分的所述縫隙的寬度窄。

[項(xiàng)目3]

根據(jù)項(xiàng)目1或2所述的縫隙天線，其中，

所述縫隙天線用于自由空間中的中心波長(zhǎng)為λo的頻帶的電磁波的發(fā)送以及接收中的至少一方，

所述縫隙中的所述一對(duì)縱部分的中心之間的距離與所述一對(duì)縱部分這兩者的長(zhǎng)度之和大于λo/2。

[項(xiàng)目4]

根據(jù)項(xiàng)目1至3中任一項(xiàng)目所述的縫隙天線，其中，

所述第一導(dǎo)電部件具有包含所述縫隙的多個(gè)縫隙，所述多個(gè)縫隙在所述第一方向上排列，

所述導(dǎo)波面與所述多個(gè)縫隙相向，

所述多個(gè)縫隙中的至少兩個(gè)縫隙是具有一對(duì)縱部分以及連接所述一對(duì)縱部分的橫部分的復(fù)合縫隙，

各復(fù)合縫隙的所述橫部分與所述導(dǎo)波面相向，并且與所述第一方向交叉。

[項(xiàng)目5]

根據(jù)項(xiàng)目4所述的縫隙天線，其中，

所述多個(gè)縫隙分別是具有一對(duì)縱部分以及連接所述一對(duì)縱部分的橫部分的復(fù)合縫隙，

各復(fù)合縫隙的所述橫部分與所述導(dǎo)波面相向，并且與所述第一方向交叉。

[項(xiàng)目6]

根據(jù)項(xiàng)目4或5所述的縫隙天線，其中，

所述縫隙天線用于自由空間中的中心波長(zhǎng)為λo的頻帶的電磁波的發(fā)送以及接收中的至少一方，

所述多個(gè)縫隙中所含的各復(fù)合縫隙中的所述一對(duì)縱部分的中心之間的距離與所述縱部分這兩者的長(zhǎng)度之和大于λo/2。

[項(xiàng)目7]

根據(jù)項(xiàng)目1至6中任一項(xiàng)目所述的縫隙天線，其中，

所述人工磁導(dǎo)體具有多個(gè)導(dǎo)電性桿，所述多個(gè)導(dǎo)電性桿分別具有與所述第一導(dǎo)電性表面相向的頂端部，

所述縫隙天線用于規(guī)定頻帶的電磁波的發(fā)送以及接收中的至少一方，

在將所述規(guī)定頻帶的電磁波中的頻率最高的電磁波在自由空間中的波長(zhǎng)設(shè)為λm時(shí)，

所述導(dǎo)波部件的寬度、各導(dǎo)電性桿的寬度、相鄰的兩個(gè)導(dǎo)電性桿之間的空間寬度、所述第一導(dǎo)電性表面與所述第二導(dǎo)電性表面之間的距離以及和所述導(dǎo)波部件相鄰的導(dǎo)電性桿與所述導(dǎo)波部件之間的空間寬度小于λm/2。

[項(xiàng)目8]

一種雷達(dá)裝置，其具有：

項(xiàng)目1至6中任一項(xiàng)目所述的縫隙天線；以及

微波集成電路，其與所述縫隙天線連接。

[項(xiàng)目9]

一種雷達(dá)系統(tǒng)，其具有：

項(xiàng)目7所述的雷達(dá)裝置；以及

信號(hào)處理電路，其與所述雷達(dá)裝置的所述微波集成電路連接。

[項(xiàng)目10]

一種無線通信系統(tǒng)，其具有：

項(xiàng)目1至6中任一項(xiàng)目所述的縫隙天線；以及

通信電路，其與所述縫隙天線連接。

[產(chǎn)業(yè)上的可利用性]

本公開的縫隙陣列天線能夠用于利用天線的所有技術(shù)領(lǐng)域。并且，例如能夠用于進(jìn)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以及高增益化的車載雷達(dá)系統(tǒng)、各種監(jiān)控系統(tǒng)、室內(nèi)測(cè)位系統(tǒng)以及無線通信系統(tǒng)等。