JP2008058130A - 車載用レーダ - Google Patents

Abstract

【課題】車載レーダは、内部に位相差と水平角度のテーブルを持ち、計測された位相差と当該に基づいてターゲットの方位角度を算出する。従って、計測される位相差と角度の関係が波うっていると、一つの位相差に対して水平角度が複数点得られることになり、角度を一義的に決めることができない現象が発生する。
【解決手段】直線偏波を放射する一つ又は複数の放射素子を有した平面アンテナと、前記アンテナ面法線方向に複数のスリットを設けた金属とを備えた車載レーダ装置において、当該スリットの間隔を送信アンテナ若しくは受信アンテナの中心から外側に向かって、大きくする。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車に搭載される車載用レーダに関する。

自動車に搭載されるセンサとして、自車周辺の障害物の方位、自車との相対距離、相対速度等を検出する車載用レーダがある。この中でもミリ波を用いた車載用レーダは超音波レーダやレーザレーダと比較して、雨、霧、雪などの気象条件や、埃、騒音の影響を受けにくいため、自動車の衝突防止や追従走行などに好適なレーダとして注目されている。

上述の用途では、図８に示すように、ミリ波車載用レーダ２０は移動体２１の前面に設置され、アンテナからメインローブｍｂによって送信信号をターゲット車両２２に向かって放射し、ターゲット車両２２で反射した信号の送信信号との周波数差、位相差、時間差などを観測することにより、ターゲット車両２２までの距離とターゲット車両の速度等を求めることができる。このようなミリ波レーダは、移動体２１が停止している時はノイズが小さく、良好な検知性能を持つ。

しかし、移動体２１の走行時、例えば、矢印２４方向に移動速度Ｖｒで走行しているとすると、路面２３に角度θで入射されるサイドローブｓｂからの反射波は次式の相対速度Ｖｓを持つためクラッタノイズとして受信される。

したがって、メインローブｍｂによるターゲット車両２２からの信号がノイズに埋もれ、検知距離劣化や誤検知を引き起こす可能性がある。

このような問題を解決するための従来技術として、給電線路がトリプレート構造のパッチアンテナについて、パッチ素子の上部にスリット付の放射窓を設けたスリット板をアンテナ前面に設置し、地導体でアンテナとスリット板を覆うことが知られている（特開平９−５１２２５号公報）。また、平面アンテナの前面にストリップ線路で構成されたスリット板を配置し、平面アンテナと、スリット板とを、その平面アンテナの端部に設けた金属壁を介して接続することが知られている（特開２００１−３２６５３０号公報）。

特開平９−５１２２５号公報 特開２００１−３２６５３０号公報

車載レーダは、内部に位相差と水平角度のテーブルを持ち、計測された位相差と当該に基づいてターゲットの方位角度を算出する。従って、計測される位相差と角度の関係が波うっていると、一つの位相差に対して水平角度が複数点得られることになり、角度を一義的に決めることができない現象（以後、「水平角度アンビギュイティ」と記載する）が発生する。

上記従来技術では、スリット板が等間隔に設けられているため、電波的な特性において、レーダ装置のアンテナの中心から見て外側に向かうほどスリットの開口部の幅が狭くなっているのと等価になる。このため、検出される位相差と角度の関係が波うってしまい、上述した水平角度アンビギュイティの問題が発生する。

特に、車載レーダの検知角度範囲を水平方向に広げようとする場合、アンテナに対して斜め方向から入ってくる電波も利用する必要があるため、この水平角度アンビギュイティの問題が顕著となる。

上記課題を解決するため、本発明は、直線偏波を放射する一つ又は複数の放射素子を有する平面アンテナと、前記アンテナ面の法線方向に複数のスリットを設けた金属とを備えた車載レーダにおいて、当該スリットの間隔を送信アンテナ若しくは受信アンテナの中心から外側に向かって増加する構成とする。

より好ましくは、
・アンテナ面法線と主偏波方向がつくる面内において、送信または／及び受信アンテナ中心から概等角度にスリットの空隙または／及び金属を設けることを特徴とする。
・アンテナ面法線と主偏波方向がつくる面内において、送信または／及び受信アンテナ中心からの距離が（１／４＋ｎ／２）λの距離にあるスリットは空隙とすることを特徴とする。（ｎ＝１，２，３，…／λ：波長）
・送信側のアンテナにのみスリットを設けることを特徴とする。

路面からのクラッタノイズを低減しつつ、アンテナ水平広角度特性における角度アンビギュイティを低減することができ、レーダ装置として優れた検知性能が得られる。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。

図１及び図２は本発明による車載用レーダの第１の実施形態を表す構成図である。

図１は車載用レーダ全体の構成を図２はフロントエンド７のレドーム４が無い状態でアンテナ正面１１の方向からみたときの図である。図２（ａ）はスリットが無い状態のとき、図２（ｂ）はスリットが有る状態のときを示している。

まず、フロントエンド７の構成及び本発明の特徴及び効果について詳細を説明する。アンテナ基板１０上に構成された送信パッチアンテナ３、受信パッチアンテナ６ａ、６ｂは誘電体から成るレドーム４に覆われている。

送信パッチアンテナ３、受信パッチアンテナ６ａ、６ｂは図３に示すような構造である（なお、ここでは簡略化のため受信パッチアンテナ６ａ、６ｂを分けて描画していない）。パッチアンテナは底面に接地導体２５を持つ誘電体基板５０上に構成される。そしてＴＥＭモードが給電点２８から同軸線路等により給電され、マイクロストリップ給電線路２６を伝搬し、放射器であるパッチ素子２７に電力分配される構造である。パッチ素子２７上の矢印１２は主偏波の向きで、この向きの偏波が空間を伝搬される。なおパッチアンテナは誘電体基板のケミカルエッチングで加工できることから低コスト、薄型であり、ミリ波レーダとして有望である。

図４に戻り、レドームには金属でなる複数のスリット５を設けている。金属は導電性のペーストを印刷したものでもよい。スリット５は電波長に対して十分薄くなっており、長さについては波長に対して十分な長さをとって、スリット５での電波共振によるアンテナ放射パターンの劣化を防止する必要がある。アンテナの主偏波方向は矢印１２で表され、スリット５の長手方向が主偏波方向１２と直交するように構成することでスリット５は主偏波のみを通過させ、交差偏波を反射させる特性を持つ。次式にスリット５の長手方向と平行な偏波のスリット５の反射係数を示す。

スリット幅：Ｌスリット周期Ｐとすると

スリット５の長手方向と垂直な偏波のスリット５の反射係数は次式で表される。

なお、λは使用周波数における自由空間波長を表す。

上記の２つの式により、交差偏波のみ反射させる本目的においてはＰ／λ＝０.１〜０.３、Ｌ／Ｐ＝０.４〜０.７程度が妥当である。

しかし、スリット幅Ｌ及びスリット周期Ｐを一定とすると、アンテナからみたときのスリットの周期は送信及び受信アンテナの中心から外側に向かってスリットの厚みが見えてくるためにＬ／Ｐが小さく見える。すなわち、アンテナの中心からみると、外側ほどスリット同士の間の隙間が狭くなっているのと等価になる。これに伴いＲ_verticalとＲ_horizontalが最適値からはずれてしまい、主偏波の反射を小さくして、交差偏頗の反射を大きくするといった目的を達成できなくなる。

この場合のレーダの水平角度特性を図４に示す。図４は受信アンテナを２つ有したレーダについて、アンテナ面法線からの水平角度θにおける受信波Ａ及び受信波Ｂの位相差ΔＬを計測したグラフである。ここで横軸は水平角度θ、縦軸は位相差ΔＬである。また、スリット板の搭載の有無に関して、波線が「無」、実線が「有」のときの結果を示している。スリット板を搭載することにより角度θが約１５度おきに位相差が波うっており、前述のような角度アンビギュイティが発生していることがわかる。

従来のレーダ装置は車間距離制御等の遠距離（数十ｍ〜百数十ｍ）を検知することを目的としており、レーダの検知角度が±８度程度（アンテナの法線方向を０度とする）であったため、前述の角度アンビギュイティの影響は実質的に車輌制御に影響の無い範囲におさまっていた。

しかしながら、近年では衝突被害軽減等の、より高度な車輌制御のために、検知角度を±４０程度まで拡大することが要求されている。そして検知角度を±４０度程度にまで拡大した場合、前述の角度アンビギュイティの影響が無視できないレベルとなる。すなわち、ターゲットの角度の検知誤差が許容できないレベルまで大きくなる場合がある。

そこで、本発明のようにスリット５の間隔を送信または／及び受信アンテナの中心から外側に向かって大きくとるようにする。これによればアンテナの中心から外側に向かってスリット５の厚みが見えてきてもＬ／Ｐは一定に見える。

したがって、図４に示すグラフの破線のように広角度域まで水平角度アンビギュイティが発生しない。さらに、送信アンテナ若しくは受信アンテナ中心から概等角度にスリットの空隙若しくは金属を設けることによりＬ／Ｐは概一定とすることができる。

また、パッチアンテナの主偏波方向１２を路面と水平にすることで、パッチ素子単体の指向性最小になる角度が路面方向となることから、路面からの反射波を低減してクラッタノイズを低減できるので優れている。

以下、上記の本発明の原理を適用した車載レーダ装置の実施形態を説明する。

図１及び２に戻って、発振器１のミリ波信号は電力増幅器２、給電点９を経て送信パッチアンテナ３に加えられる。ミリ波信号は障害物で反射し、受信パッチアンテナ６ａ及び６ｂで受信する。受信信号は給電点９を介し、それぞれがミキサ１３ａ及び１３ｂにより発振器１の出力信号と混合される。混合された信号は、中間周波信号に変換され、信号処理回路８によって構成される信号処理部に入力される。信号処理回路８は、ミキサ１３ａ及び１３ｂにより周波数変換された信号を用いて被検出体の方位を検出する方位検出部３０と、被検出体の速度を検出する速度検出部３１、距離などを検出する距離検出部３２とを含む。これらの検出結果は検出信号として出力され、必要に応じて、表示装置３３などの出力装置に適した信号に変換され、出力装置に出力される。

また、これらの検出信号は、車両制御に適用される。例えば、追従制御（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｃｒｕｉｓｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）やプリクラッシュ制御などの機能を有する制御装置やエンジン制御装置へ入力され、先行車に追従した走行制御や障害物を検出して警報を発すること、又は、走行進路を変更すること等で衝突回避を行う衝突回避制御、プリクラッシュ制御に用いられる。

更に、これらは、上述の制御とも関係するエンジン制御、制動制御、ステアリング制御へも適用される。エンジン制御は、エンジン制御装置によって、エンジンの吸入空気量、燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、トルク制御、エンジン回転数などを制御するものである。制動制御はモータによる電動ブレーキ装置、モータなどの電動又は屋の駆動力で駆動されるポンプによって油圧を発生させる油圧ブレーキ装置又は電動ブレーキと油圧ブレーキとを組み合わせたハイブリッド制動装置を制御するものである。ステアリング制御は、ステアリングをモータなどの電動で駆動するもの、油圧を発生するポンプを駆動するものを制御するものである。

図５は本発明による車載用レーダの第２の実施形態を表す構成図である。第１の実施例のアンテナ面法線と主偏波方向１２がつくる面内において、送信または／及び受信アンテナ中心からの距離が（１／４＋ｎ／２）λの距離にあるスリット５は空隙としている。（ｎ＝１，２，３，…／λ：自由空間波長）
（１／４＋ｎ／２）λの距離にスリット５の金属部が存在する場合、その金属の存在する方位における障害物をレーダが検知しようとすると受信波は受信パッチアンテナ６ａ及び６ｂの中心からスリット５までの伝播距離が往復で（１／２＋ｎ）λとなり、本来受信すべき信号は、受信アンテナ６ａ及び６ｂの中心とスリット５の金属の間で多重反射して位相が１８０°反転した反射波と合成され、信号レベルは小さく、位相情報もずれ、図４に示すグラフの実線のように水平角度アンビギュイティが発生するといった問題が発生する。ここで、本発明のように（１／４＋ｎ／２）λの距離にあるスリット５を空隙とすることにより、このような不具合を抑制することができ、図４に示すグラフの破線のように広角度域まで水平角度アンビギュイティが発生しないという効果が得られる。

図６は本発明による車載用レーダの第３の実施形態を表す構成図である。第２の実施例のスリット板５を送信パッチアンテナ３側だけに設けている。このとき、受信パッチアンテナ６ａ及び６ｂにはスリット５の影響が表れず、かつ、送信パッチアンテナ３のサイドローブは低減してクラッタノイズを抑制できるので優れている。

図７は本発明のスリット５の製造方法を示している。レドーム４を平面部だけ分割し、導電ペーストを平面部に印刷することによりスリット５を設ける。これにより前述の実施例に比べてスリット５のアンテナの法線方向の厚みをより薄くすることができる。

図１の実施例で示したようにスリット５の厚みがあると水平角度特性に水平角度アンビギュイティが発生するが、本製造方法によれば、上述の実施例に比べてさらにスリット５の厚みが薄くできるので、アンテナ中心から外側に向かうスリット幅の変化率をより小さくしても、同様に水平角度アンビギュイティを低減することができる。

本発明は、レーダ装置の検知の制度、信頼度を高めることができるので、これらの検知結果を用いた制御の信頼性の向上、安定、確実な制御に貢献できる。

本発明の第１の実施例。 本発明の第１の実施例のアンテナ正面から見た図。 従来のパッチアンテナの説明図。 本発明の課題を表す説明図。 本発明の第２の実施例。 本発明の第３の実施例。 本発明の製造方法を示した図。 従来の車載用レーダの説明図。

符号の説明

１…発振器、２…電力増幅器、３…送信パッチアンテナ、４…レドーム、５…スリット、６ａ…受信パッチアンテナａ、６ｂ…受信パッチアンテナｂ、７…フロントエンド、８…信号処理回路、９，２８…給電点、１０…アンテナ基板、１１…アンテナ正面、１２…主偏波方向、１３ａ…ミキサａ、１３ｂ…ミキサｂ、３０…方位検出部、３１…速度検出部、３２…距離検出部、３３…表示装置、２０…ミリ波車載用レーダ、２１…移動体、２２…ターゲット車両、２３…路面、２４…移動体の進行方向、２５…接地導体、２６…マイクロストリップ給電線路、２７…パッチ素子、５０…誘電体基板。

Claims (5)

1. 直線偏波を放射する一つ又は複数の放射素子を有する平面アンテナと、
   前記アンテナ面の法線方向に複数のスリットを設けた金属とを備え、
   当該スリットの間隔を送信アンテナ若しくは受信アンテナの中心から外側に向かって増加する構成とする車載レーダ。
2. 前記複数のスリットの長手方向と前記放射素子の主偏波方向とが垂直となるように構成したことを特徴とする請求項１記載の車載レーダ。
3. 請求項１において、
   前記平面アンテナは電波を放射する送信アンテナと、当該放射された電波が物体により反射された反射波を受信する受信アンテナとを構成し、
   前記複数のスリットは、前記アンテナ面の法線と前記放射素子の主偏波方向とにより規定される面内において、前記送信アンテナ若しくは前記受信アンテナの中心から概等角度にスリットの空隙若しくは導電性物質を設けて成ることを特徴とする車載レーダ。
4. 請求項１において、
   前記平面アンテナは電波を放射する送信アンテナと、当該放射された電波が物体により反射された反射波を受信する受信アンテナとを構成し、
   前記複数のスリットは、前記アンテナ面の法線と前記放射素子の主偏波方向とにより規定される面内において、前記送信アンテナ若しくは前記受信アンテナの中心からの距離が（１／４＋ｎ／２）λの位置を空隙とすることを特徴とする車載レーダ。
   （ｎ＝自然数…／λ：自由空間における電波長）
5. 請求項１乃至４のいずれか一項において、
   前記スリットは前記送信アンテナに対してのみ設けることを特徴とする車載レーダ。
   

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