JPWO2020065715A1 - Radar device - Google Patents
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Abstract
レーダ装置(100)は、電波を放射するアンテナ(1)と、アンテナ(1)用のレドーム(2)と、を備え、レドーム(2)は、複数本の第1繊維(6)による複数本の第1繊維束(4)と、複数本の第2繊維(7)による複数本の第2繊維束(5)と、を含む繊維強化プラスチック層(3)を有し、繊維強化プラスチック層(3)は、個々の第1繊維束(4)の長手方向がアンテナ(1)の偏波方向に対する直交方向に沿うように設けられており、かつ、個々の第2繊維束(5)の長手方向が偏波方向に対する平行方向に沿うように設けられており、個々の第1繊維(6)の電気伝導率が個々の第2繊維(7)の電気伝導率よりも高い。The radar device (100) includes an antenna (1) that emits radio waves and a radome (2) for the antenna (1), and the radome (2) is made of a plurality of first fibers (6). It has a fiber reinforced plastic layer (3) including a first fiber bundle (4) and a plurality of second fiber bundles (5) composed of a plurality of second fibers (7), and has a fiber reinforced plastic layer (3). 3) is provided so that the longitudinal direction of each first fiber bundle (4) is along the direction orthogonal to the polarization direction of the antenna (1), and the longitudinal direction of each second fiber bundle (5) is long. The direction is provided so as to be parallel to the polarization direction, and the electric conductivity of the individual first fiber (6) is higher than that of the individual second fiber (7).
Description
本発明は、レーダ装置に関する。 The present invention relates to a radar device.
従来、レーダ装置において、アンテナ用のレドームが開発されている。例えば、特許文献1には、いわゆる「サンドイッチ構造」を有するレドームが開示されている。より具体的には、特許文献1記載のレドーム(10)は、2個のスキン層(S1,S2)間に1個のコア層(C)が設けられた構造を有するものである(特許文献1の図1等参照)。
Conventionally, radomes for antennas have been developed in radar devices. For example,
従来、いわゆる「ミリ波」を用いた車載用のレーダ装置が開発されている(以下「車載用ミリ波レーダ」という。)。車載用ミリ波レーダのレドームにおいては、ミリ波に対する透過性の向上と重量の低減及び剛性の向上との両立が求められている。 Conventionally, in-vehicle radar devices using so-called "millimeter wave" have been developed (hereinafter referred to as "in-vehicle millimeter wave radar"). In the radome of an in-vehicle millimeter-wave radar, it is required to improve the transparency to millimeter waves, reduce the weight, and improve the rigidity.
ここで、特許文献1記載の発明は、サンドイッチ構造を有するレドームにおいて、各スキン層の肉厚を所定の数式に基づき設定するとともに(特許文献1の式(1)等参照)、コア層の肉厚を他の所定の数式に基づき設定することにより(特許文献1の式(2)等参照)、ミリ波等の電波に対する透過性の向上を図るものである。すなわち、特許文献1記載の発明は、重量の低減及び剛性の向上を図るためのものではない。このため、特許文献1記載の発明は、ミリ波等の電波に対する透過性の向上と重量の低減及び剛性の向上との両立という観点において課題が残るものであった。
Here, in the invention described in
例えば、仮に特許文献1記載のレドームを車載用ミリ波レーダに用いた場合、ミリ波の周波数が30ギガヘルツ(以下「GHz」と記載する。)以上であることにより、特許文献1の式(2)に基づき、コア層の肉厚が2.5ミリメートル(以下「mm」と記載する。)以下に設定されることがある。このようにコア層が薄肉であるため、各スキン層を薄肉にした場合(すなわち特許文献1の式(1)におけるnの値を小さくした場合)、レドームの重量の低減が容易となるものの、レドームの剛性の向上が困難となる。他方、各スキン層を厚肉にした場合(すなわち特許文献1の式(1)におけるnの値を大きくした場合)、レドームの剛性の向上が容易となるものの、レドームの重量の低減が困難となる。
For example, if the radome described in
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、車載用等のレーダ装置のレドームにおいて、ミリ波等の電波に対する透過性の向上と重量の低減及び剛性の向上との両立を図ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and in a radome of an in-vehicle radar device, the present invention is to improve the transparency to radio waves such as millimeter waves, reduce the weight, and improve the rigidity. The purpose is to achieve both.
本発明のレーダ装置は、電波を放射するアンテナと、アンテナ用のレドームと、を備え、レドームは、複数本の第1繊維による複数本の第1繊維束と、複数本の第2繊維による複数本の第2繊維束と、を含む繊維強化プラスチック層を有し、繊維強化プラスチック層は、個々の第1繊維束の長手方向がアンテナの偏波方向に対する直交方向に沿うように設けられており、かつ、個々の第2繊維束の長手方向が偏波方向に対する平行方向に沿うように設けられており、個々の第1繊維の電気伝導率が個々の第2繊維の電気伝導率よりも高いものである。 The radar device of the present invention includes an antenna that emits radio waves and a radome for the antenna, and the radome includes a plurality of first fiber bundles made of a plurality of first fibers and a plurality of radomes made of a plurality of second fibers. It has a fiber reinforced plastic layer including a second fiber bundle of a book, and the fiber reinforced plastic layer is provided so that the longitudinal direction of each first fiber bundle is along the direction orthogonal to the polarization direction of the antenna. Moreover, the longitudinal direction of each second fiber bundle is provided so as to be parallel to the polarization direction, and the electric conductivity of each first fiber is higher than that of each second fiber. It is a thing.
本発明によれば、上記のように構成したので、車載用等のレーダ装置のレドームにおいて、ミリ波等の電波に対する透過性の向上と重量の低減及び剛性の向上との両立を図ることができる。 According to the present invention, since the radome is configured as described above, it is possible to improve the transparency of radio waves such as millimeter waves, reduce the weight, and improve the rigidity of the radome of a radar device for vehicles. ..
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。 Hereinafter, in order to explain the present invention in more detail, a mode for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係るレーダ装置用のアンテナの要部を示す正面図である。図2Aは、実施の形態1に係るレーダ装置用のレドームが有する繊維強化プラスチック層の要部を示す正面図である。図2Bは、図2Aに示すA−A’線に沿う断面図である。図3Aは、実施の形態1に係るレーダ装置の要部を示す正面図である。図3Bは、図3Aに示すA−A’線に沿う断面図である。図1〜図3を参照して、実施の形態1のレーダ装置100について、車載用ミリ波レーダに用いた例を中心に説明する。すなわち、レーダ装置100は車両(不図示)に搭載されている。
FIG. 1 is a front view showing a main part of an antenna for a radar device according to the first embodiment. FIG. 2A is a front view showing a main part of the fiber reinforced plastic layer included in the radome for the radar device according to the first embodiment. FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line AA'shown in FIG. 2A. FIG. 3A is a front view showing a main part of the radar device according to the first embodiment. FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line AA'shown in FIG. 3A. With reference to FIGS. 1 to 3, the
図中、1はアンテナである。アンテナ1は、所定の周波数f(例えば77GHz)を有する電波、すなわちミリ波を放射するものである。アンテナ1は、当該放射された電波が車両外の障害物(不図示)により反射されたとき、当該反射された電波を受信するものである。制御部(不図示)は、アンテナ1により放射される電波の周波数fとアンテナ1により受信された電波の周波数f’との差分値Δfに基づき、車両と障害物間の距離を測定するものである。制御部は、例えば、ECU(Electronic Control Unit)により構成されている。
In the figure, 1 is an antenna. The
以下、アンテナ1により放射される電波及びアンテナ1により放射された電波を「放射波」と総称する。また、アンテナ1により放射される電波の周波数f、すなわち放射波の周波数fを「キャリア周波数」ということがある。
Hereinafter, the radio waves radiated by the
アンテナ1は、例えば、いわゆる「平面アレーアンテナ」により構成されている。図1及び図3に示す例においては、基板11の表面部に複数個のアンテナ素子12が平面状に、すなわち二次元アレー状に配列されている。
The
放射波のうちの主要な電波(いわゆる「メインビーム」)の放射方向(いわゆる「メインビーム方向」)は、例えば、基板11の板面に対して直交又は略直交する方向、すなわち図中Z軸に沿う方向に設定されている。図中MBは、メインビームに対応する領域、すなわちメインビームの通過対象となる領域を示している。
The radiation direction (so-called "main beam direction") of the main radio wave (so-called "main beam") of the radiated waves is, for example, a direction orthogonal to or substantially orthogonal to the plate surface of the
また、アンテナ1は、いわゆる「直線偏波アンテナ」である。アンテナ1の偏波方向は、基板11の板面に対して平行又は略平行な方向、より具体的には図中Y軸に沿う方向に設定されている。
Further, the
レーダ装置100は、アンテナ1用のレドーム2を有している。レドーム2は、基板11の表面部と対向配置されている。すなわち、レドーム2は、複数個のアンテナ素子12と対向配置されている。以下、レドーム2について説明する。
The
図2及び図3に示す如く、レドーム2は繊維強化プラスチック層3を有している。繊維強化プラスチック層3は、例えば、基板11の板面に対して平行又は略平行に設けられている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
繊維強化プラスチック層3は、複数本の繊維束(以下「第1繊維束」ということがある。)4を含むものである。また、繊維強化プラスチック層3は、他の複数本の繊維束(以下「第2繊維束」ということがある。)5を含むものである。複数本の第1繊維束4の各々は、複数本の繊維(以下「第1繊維」ということがある。)6を糸状に束ねてなるものである。また、複数本の第2繊維束5の各々は、他の複数本の繊維(以下「第2繊維」ということがある。)7を糸状に束ねてなるものである。
The fiber-reinforced
繊維強化プラスチック層3は、例えば、これらの繊維束4,5による織布に液状のプラスチックを塗布した後、当該プラスチックを硬化させることにより製造されたものである。すなわち、複数本の第1繊維束4は当該織布における経糸又は緯糸のうちのいずれか一方に対応するものであり、複数本の第2繊維束5は当該織布における経糸又は緯糸のうちのいずれか他方に対応するものである。複数本の第1繊維束4の各々の長手方向(以下「第1長手方向」という。)と複数本の第2繊維束5の各々の長手方向(以下「第2長手方向」という。)とは、互いに直交又は略直交している。
The fiber-reinforced
以下、繊維強化プラスチック層3において、アンテナ1の偏波方向に対して直交又は略直交する方向を「直交方向」という。また、繊維強化プラスチック層3において、アンテナ1の偏波方向に対して平行又は略平行な方向を「平行方向」という。繊維強化プラスチック層3は、第1長手方向が直交方向に沿うように設けられており、かつ、第2長手方向が平行方向に沿うように設けられている。より具体的には、第1長手方向と当該偏波方向に対して直交する方向との間の角度θ、すなわち第2長手方向と当該偏波方向に対して平行な方向との間の角度θが、以下の式(1)に示す条件を満たす値に設定されている。なお、図2及び図3に示す例においては、θ=0°に設定されている。
Hereinafter, in the fiber reinforced
−13°≦θ≦+13° (1) -13 ° ≤ θ ≤ + 13 ° (1)
複数本の第1繊維6の各々は、例えば、炭素繊維、金属繊維、ボロン繊維、又は100マイクロメートル(以下「μm」と記載する。)以下の太さを有する金属細線により構成されている。複数本の第1繊維6の各々の太さは、放射波の真空中の波長に対する10分の1以下の値に設定されている。これに対して、複数本の第2繊維7の各々は、例えば、ガラス繊維又はクオーツ繊維により構成されている。
Each of the plurality of
すなわち、複数本の第1繊維6の各々の電気伝導率が複数本の第2繊維7の各々の電気伝導率に比して高いものであり、かつ、複数本の第1繊維6の各々による誘電損失が複数本の第2繊維7の各々による誘電損失に比して大きいものである。繊維強化プラスチック層3のうちの第1繊維6を除く部位(すなわち第2繊維7及びプラスチックにより構成されている部位)の比誘電率εは、2.0〜6.0程度である。
That is, the electric conductivity of each of the plurality of
繊維強化プラスチック層3の肉厚tは、例えば、繊維強化プラスチック層3のうちの第1繊維6を除く部位における放射波の2分の1波長の整数倍に対応する値に設定されている。より具体的には、肉厚tは、以下の式(2)に基づく値に設定されている。
The wall thickness t of the fiber reinforced
t=(n×λ0)/(2×√ε) (2)t = (n × λ 0 ) / (2 × √ε) (2)
λ0は、真空中における放射波の波長である。nは、1以上の任意の整数である。λ 0 is the wavelength of the radiated wave in vacuum. n is any integer greater than or equal to 1.
このようにして、レーダ装置100の要部が構成されている。
In this way, the main part of the
次に、レーダ装置100において、レドーム2を用いたことによる効果について説明する。
Next, the effect of using the
一般に、有限のインピーダンスを有する構造物が電波を透過させるときの透過率Tは、当該電波の偏波方向に対する垂直成分T⊥と当該電波の偏波方向に対する平行成分T‖とに分けて表される。例えば、所定の波長オーダーの寸法を有する構造物が当該波長を有する電波を透過させるときの透過率T⊥,T‖は、以下の式(3)及び式(4)によりそれぞれ表される。Generally, the transmittance T when a structure having a finite impedance transmits a radio wave is divided into a component T ⊥ perpendicular to the polarization direction of the radio wave and a component T ‖ parallel to the polarization direction of the radio wave. To. For example, the transmittances T ⊥ and T ‖ when a structure having a predetermined wavelength order size transmits a radio wave having the wavelength are represented by the following equations (3) and (4), respectively.
T⊥=(4×Z⊥ 2)/(1+4×Z⊥ 2) (3)
T‖=(4×Z‖ 2)/(1+4×Z‖ 2) (4)T ⊥ = (4 × Z ⊥ 2 ) / (1 + 4 × Z ⊥ 2 ) (3)
T ‖ = (4 × Z ‖ 2 ) / (1 + 4 × Z ‖ 2 ) (4)
Z⊥は、当該電波の偏波方向に対して垂直な方向における当該構造物の等価インピーダンスである。Z‖は、当該電波の偏波方向に対して平行な方向における当該構造物の等価インピーダンスである。なお、式(3)及び式(4)は、以下の参考文献1の記載に基づくものである。Z ⊥ is the equivalent impedance of the structure in the direction perpendicular to the polarization direction of the radio wave. Z ‖ is the equivalent impedance of the structure in the direction parallel to the polarization direction of the radio wave. The equations (3) and (4) are based on the description of
[参考文献1]
J. P. Auton, Appl. Opt., Vol.6, 1023 (1967)[Reference 1]
JP Auton, Appl. Opt., Vol.6, 1023 (1967)
ここで、上記のとおり、複数本の第1繊維6の各々の太さは、放射波の真空中の波長に対する10分の1以下の値に設定されている。これにより、第1繊維6に流れる電流(すなわち繊維強化プラスチック層3において第1長手方向に沿うように流れる電流)が発生しないため、第1繊維6の等価インピーダンスZ⊥はZ⊥≫1となる。したがって、第1繊維6における透過率T⊥はT⊥≒1となる。これに対して、第2繊維7の等価インピーダンスZ‖は、真空中のインピーダンスに対する1/√ε倍の値となる。このため、第2繊維7における透過率T‖は、いわゆる「フレネルの式」を用いて計算される値と同等の値となる。Here, as described above, the thickness of each of the plurality of
以上の原理により、電気伝導率が高く誘電損失が大きい材料、より具体的には炭素繊維又は金属繊維などの材料が第1繊維6に用いられているものの、繊維強化プラスチック層3によるフレネル損失の増大は回避することができる。すなわち、これらの材料が繊維強化プラスチック層3に含まれているにもかかわらず、ミリ波等の電波に対する透過性の低下を回避することができる(換言すれば、ミリ波等の電波に対する透過性の向上を図ることができる。)。
According to the above principle, a material having high electrical conductivity and a large dielectric loss, more specifically, a material such as carbon fiber or metal fiber is used for the
また、これらの材料を用いた第1繊維6により、従来の繊維強化プラスチック層に比して、繊維強化プラスチック層3の剛性の向上及び重量の低減を図ることができる。この結果、当該従来の繊維強化プラスチック層を有する従来のレドームに比して、レドーム2の剛性の向上及び重量の低減を図ることができる。ここで、当該従来の繊維強化プラスチック層は、ガラス繊維強化プラスチック又はクオーツ繊維強化プラスチックなどにより構成されているものである。すなわち、当該従来の繊維強化プラスチック層は、繊維強化プラスチック層3における第1繊維6に用いられている材料(炭素繊維、金属繊維、ボロン繊維又は金属細線など)を含まないものである。
Further, the
さらに、第1繊維6における透過率T⊥がT⊥≒1であるため、肉厚tが式(2)に基づく値に設定されていることにより、キャリア周波数f(例えば77GHz)を含む所定の周波数範囲におけるミリ波透過率を向上することができる。Further, since the transmittance T ⊥ in the
図4における特性線Iは、レドーム2によるミリ波透過率を示している。このミリ波透過率は、フレネルの式を用いて計算されたものである。なお、このミリ波透過率の計算において、誘電損失は無視しており、フレネル損失を計算の対象としている。これは、フレネル損失に比して誘電損失が小さいためである。
The characteristic line I in FIG. 4 shows the millimeter wave transmittance by the
特性線Iに係るレドーム2においては、第1繊維6が炭素繊維により構成されており、かつ、第2繊維7がガラス繊維により構成されている。特性線Iに係るレドーム2においては、θ=0°である。特性線Iに係るレドーム2においては、繊維強化プラスチック層3のうちの第1繊維6を除く部位におけるアンテナ1の偏波方向に対する比誘電率が4.0である(すなわち、ε=4.0である。)。特性線Iに係るレドーム2においては、肉厚tが1.95mmに設定されている(すなわち、f=77GHzかつε=4.0であるところ、n=2である。)。以下、特性線Iに係るレドーム2の構成例を「第1構成例」という。
In the
図4に示す如く、第1構成例のレドーム2を用いることにより、74〜80GHzの周波数範囲におけるフレネル損失を5%以下にすることができる。
As shown in FIG. 4, by using the
なお、上記のとおり、角度θは0°に限定されるものではない。式(1)に示す条件を満たす範囲内であれば、図5に示す如くθ≠0°であっても良い。 As described above, the angle θ is not limited to 0 °. As long as the condition shown in the equation (1) is satisfied, θ ≠ 0 ° may be set as shown in FIG.
ただし、θ≠0°の場合における第1繊維6の等価インピーダンスZ⊥’は、θ=0°の場合における第1繊維6の等価インピーダンスZ⊥に対して、以下の式(5)により表される。また、θ≠0°の場合における第2繊維7の等価インピーダンスZ‖’は、θ=0°の場合における第2繊維7の等価インピーダンスZ‖に対して、以下の式(6)により表される。However, the equivalent impedance Z ⊥'of the
Z⊥’=Z⊥×cosθ (5)
Z‖’=Z‖×sinθ (6)Z ⊥ '= Z ⊥ × cosθ (5)
Z ‖ '= Z ‖ × sinθ (6)
このようなZ⊥’,Z‖’に基づく電波の損失は、sin2θの関数により表されるものとなる。したがって、当該損失を5%以下にする観点から、角度θは±13°の範囲内の値、すなわち式(1)に示す条件を満たす範囲内の値に設定するのが好適である。Such Z ⊥ ', Z ‖' loss of radio waves based on becomes one represented by a function of sin 2 theta. Therefore, from the viewpoint of reducing the loss to 5% or less, it is preferable to set the angle θ to a value within the range of ± 13 °, that is, a value within the range satisfying the condition shown in the equation (1).
また、複数本の第1繊維6の各々は、被覆がなされたものであっても良い。
Further, each of the plurality of
また、放射波はミリ波に限定されるものではなく、キャリア周波数fは77GHzに限定されるものではない。アンテナ1は、レーダ装置100に用いられる周波数fであれば、如何なる周波数fを有する電波を放射するものであっても良い。例えば、アンテナ1は、いわゆる「マイクロ波」又は「サブミリ波」を放射するものであっても良い。
Further, the radiated wave is not limited to millimeter waves, and the carrier frequency f is not limited to 77 GHz. The
また、レーダ装置100は車載用に限定されるものではなく、レーダ装置100の用途は車両と障害物間の距離の測定に限定されるものではない。レーダ装置100は、如何なる用途のレーダに用いられるものであっても良い。
Further, the
以上のように、実施の形態1のレーダ装置100は、電波を放射するアンテナ1と、アンテナ1用のレドーム2と、を備え、レドーム2は、複数本の第1繊維6による複数本の第1繊維束4と、複数本の第2繊維7による複数本の第2繊維束5と、を含む繊維強化プラスチック層3を有し、繊維強化プラスチック層3は、個々の第1繊維束4の長手方向(すなわち第1長手方向)がアンテナ1の偏波方向に対する直交方向に沿うように設けられており、かつ、個々の第2繊維束5の長手方向(すなわち第2長手方向)が偏波方向に対する平行方向に沿うように設けられており、個々の第1繊維6の電気伝導率が個々の第2繊維7の電気伝導率よりも高い。これにより、炭素繊維又は金属繊維などの材料を第1繊維6に用いつつ、繊維強化プラスチック層3によるフレネル損失の増大を回避することができる。この結果、ミリ波等の電波に対する透過性の向上と重量の低減及び剛性の向上との両立を図ることができる。
As described above, the
また、繊維強化プラスチック層3の肉厚tは、電波の2分の1波長の整数倍に対応する値に設定されている。肉厚tが式(2)に基づく値に設定されていることにより、キャリア周波数fを含む所定の周波数範囲におけるフレネル損失を低減することができる。
Further, the wall thickness t of the fiber reinforced
また、個々の第1繊維6は、炭素繊維、金属繊維、ボロン繊維又は金属細線により構成されており、個々の第2繊維7は、ガラス繊維又はクオーツ繊維により構成されている。このように、第1繊維6の材料は炭素繊維又は金属繊維に限定されるものではなく、ボロン繊維又は金属細線などを用いることもできる。
Further, the individual
また、個々の第1繊維6の太さが電波の波長に対する10分の1以下の値に設定されている。このように、個々の第1繊維6の太さを十分に小さい値に設定することにより、第1繊維6に流れる電流の発生をより確実に防ぐことができる。
Further, the thickness of each
実施の形態2.
図6Aは、実施の形態2に係るレーダ装置用のレドームが有する2個の繊維強化プラスチック層のうちの一方の繊維強化プラスチック層の要部を示す正面図である。図6Bは、図6Aに示すA−A’線に沿う断面図である。図7Aは、実施の形態2に係るレーダ装置用のレドームが有する2個の繊維強化プラスチック層のうちの他方の繊維強化プラスチック層の要部を示す正面図である。図7Bは、図7Aに示すA−A’線に沿う断面図である。図8Aは、実施の形態2に係るレーダ装置の要部を示す正面図である。図8Bは、図8Aに示すA−A’線に沿う断面図である。図6〜図8を参照して、実施の形態2のレーダ装置100aについて説明する。なお、図6〜図8において、図2〜図3に示す構成部材等と同様の構成部材等には同一符号を付して説明を省略する。
FIG. 6A is a front view showing a main part of one of the two fiber reinforced plastic layers included in the radome for the radar device according to the second embodiment. FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line AA'shown in FIG. 6A. FIG. 7A is a front view showing a main part of the fiber reinforced plastic layer of the other of the two fiber reinforced plastic layers included in the radome for the radar device according to the second embodiment. FIG. 7B is a cross-sectional view taken along the line AA'shown in FIG. 7A. FIG. 8A is a front view showing a main part of the radar device according to the second embodiment. FIG. 8B is a cross-sectional view taken along the line AA'shown in FIG. 8A. The
レーダ装置100aは、アンテナ1用のレドーム2aを有している。レドーム2aは、互いに対向配置された2個の繊維強化プラスチック層3を有している。また、レドーム2aは、2個の繊維強化プラスチック層3間に形成された間隙層8を有している。2個の繊維強化プラスチック層3の各々は、例えば、基板11の板面に対して平行又は略平行に設けられている。2個の繊維強化プラスチック層3の各々は、実施の形態1にて説明したものと同様の構造を有している。
The
すなわち、2個の繊維強化プラスチック層3のうちの一方の繊維強化プラスチック層31は、複数本の第1繊維束41及び複数本の第2繊維束51を含むものである。複数本の第1繊維束41の各々は、複数本の第1繊維61を糸状に束ねてなるものである。複数本の第2繊維束51の各々は、複数本の第2繊維71を糸状に束ねてなるものである。That is, fiber-reinforced
繊維強化プラスチック層31は、複数本の第1繊維束41の各々の長手方向(すなわち第1長手方向)が直交方向に沿うように設けられており、かつ、複数本の第2繊維束51の各々の長手方向(すなわち第2長手方向)が平行方向に沿うように設けられている。より具体的には、当該第1長手方向とアンテナ1の偏波方向に対して直交する方向との間の角度θ1、すなわち当該第2長手方向とアンテナ1の偏波方向に対して平行な方向との間の角度θ1が、以下の式(7)に示す条件を満たす値に設定されている。なお、図6及び図8に示す例においては、θ1=0°に設定されている。Fiber-reinforced
−13°≦θ1≦+13° (7)-13 ° ≤ θ 1 ≤ + 13 ° (7)
複数本の第1繊維61の各々は、例えば、炭素繊維、金属繊維、ボロン繊維、又は100μm以下の太さを有する金属細線により構成されている。複数本の第1繊維61の各々の太さは、放射波の真空中の波長に対する10分の1以下の値に設定されている。これに対して、複数本の第2繊維71の各々は、例えば、ガラス繊維又はクオーツ繊維により構成されている。First each of the fibers 61 a plurality of, for example, carbon fibers, metal fibers, is constituted by boron fibers or thin metal wires having the following thickness 100 [mu] m.
すなわち、複数本の第1繊維61の各々の電気伝導率が複数本の第2繊維71の各々の電気伝導率に比して高いものであり、かつ、複数本の第1繊維61の各々による誘電損失が複数本の第2繊維71の各々による誘電損失に比して大きいものである。繊維強化プラスチック層31のうちの第1繊維61を除く部位(すなわち第2繊維71及びプラスチックにより構成されている部位)の比誘電率ε1は、2.0〜6.0程度である。That is, those first fibers 61 of each of the electrical conductivity of the plurality of higher than the
繊維強化プラスチック層31の肉厚t1は、例えば、繊維強化プラスチック層31のうちの第1繊維61を除く部位における放射波の2分の1波長に対応する値に設定されている。より具体的には、肉厚t1は、以下の式(8)に基づく値に設定されている。Thickness t 1 of the fiber-reinforced
t1=λ0/(2×√ε1) (8)t 1 = λ 0 / (2 × √ε 1 ) (8)
また、2個の繊維強化プラスチック層3のうちの他方の繊維強化プラスチック層32は、複数本の第1繊維束42及び複数本の第2繊維束52を含むものである。複数本の第1繊維束42の各々は、複数本の第1繊維62を糸状に束ねてなるものである。複数本の第2繊維束52の各々は、複数本の第2繊維72を糸状に束ねてなるものである。The other fiber-reinforced
繊維強化プラスチック層32は、複数本の第1繊維束42の各々の長手方向(すなわち第1長手方向)が直交方向に沿うように設けられており、かつ、複数本の第2繊維束52の各々の長手方向(すなわち第2長手方向)が平行方向に沿うように設けられている。より具体的には、当該第1長手方向とアンテナ1の偏波方向に対して直交する方向との間の角度θ2、すなわち当該第2長手方向とアンテナ1の偏波方向に対して平行な方向との間の角度θ2が、以下の式(9)に示す条件を満たす値に設定されている。なお、図7及び図8に示す例においては、θ2=0°に設定されている。The fiber reinforced
−13°≦θ2≦+13° (9)-13 ° ≤ θ 2 ≤ + 13 ° (9)
複数本の第1繊維62の各々は、例えば、炭素繊維、金属繊維、ボロン繊維、又は100μm以下の太さを有する金属細線により構成されている。複数本の第1繊維62の各々の太さは、放射波の真空中の波長に対する10分の1以下の値に設定されている。これに対して、複数本の第2繊維72の各々は、例えば、ガラス繊維又はクオーツ繊維により構成されている。First respective fibers 6 2 a plurality of, for example, carbon fibers, metal fibers, is constituted by boron fibers or thin metal wires having the following thickness 100 [mu] m. The
すなわち、複数本の第1繊維62の各々の電気伝導率が複数本の第2繊維72の各々の電気伝導率に比して高いものであり、かつ、複数本の第1繊維62の各々による誘電損失が複数本の第2繊維72の各々による誘電損失に比して大きいものである。繊維強化プラスチック層32のうちの第1繊維62を除く部位(すなわち第2繊維72及びプラスチックにより構成されている部位)の比誘電率ε2は、2.0〜6.0程度である。That is, those
繊維強化プラスチック層32の肉厚t2は、例えば、繊維強化プラスチック層32のうちの第1繊維62を除く部位における放射波の2分の1波長に対応する値に設定されている。より具体的には、肉厚t2は、以下の式(10)に基づく値に設定されている。Thickness t 2 of the fiber-reinforced
t2=λ0/(2×√ε2) (10)t 2 = λ 0 / (2 × √ε 2 ) (10)
間隙層8には空気が入っている。通常、空気の比誘電率は1.0程度である。すなわち、間隙層8の比誘電率(1.0程度)は繊維強化プラスチック層31,32のうちの第1繊維61,62を除く部位の比誘電率(2.0〜6.0程度)よりも小さいものである。Air is contained in the gap layer 8. Normally, the relative permittivity of air is about 1.0. That is, the dielectric constant of the gap layer 8 (about 1.0) fiber-reinforced
ここで、繊維強化プラスチック層31,32間の間隔d、より具体的には繊維強化プラスチック層31,32の厚さ方向(すなわち図中Z軸に沿う方向)に対する間隔dは、間隙層8における放射波の2分の1波長の整数倍に対応する値に設定されている。より具体的には、間隔dは、以下の式(11)に基づく値に設定されている。Here, fiber-reinforced
d=α×(m×λ0/2) (11)d = α × (m × λ 0/2) (11)
mは、1以上の任意の整数である。αは、以下の式(12)に示す条件を満たす係数である。 m is any integer greater than or equal to 1. α is a coefficient that satisfies the condition shown in the following equation (12).
0.8≦α≦1.2 (12) 0.8 ≤ α ≤ 1.2 (12)
このようにして、レーダ装置100aの要部が構成されている。
In this way, the main part of the
次に、レーダ装置100aにおいて、レドーム2aを用いたことによる効果について説明する。
Next, the effect of using the
上記のとおり、複数本の第1繊維61の各々の太さは、放射波の真空中の波長に対する10分の1以下の値に設定されている。これにより、第1繊維61に流れる電流(すなわち繊維強化プラスチック層31において第1長手方向に沿うように流れる電流)が発生しないため、第1繊維61の等価インピーダンスZ⊥1はZ⊥1≫1となる。したがって、第1繊維61における透過率T⊥1はT⊥1≒1となる。これに対して、第2繊維71の等価インピーダンスZ‖1は、真空中のインピーダンスに対する1/√ε1倍の値となる。このため、第2繊維71における透過率T‖1は、フレネルの式を用いて計算される値と同等の値となる。As described above, the first fibers 61 of each of the thickness of the plurality of is set to less than one-tenth with respect to the wavelength in vacuum of the radiation wave. Thus, since the current flowing through the first fiber 6 1 (that is, the current flowing along the first longitudinal direction in the fiber-reinforced
また、複数本の第1繊維62の各々の太さは、放射波の真空中の波長に対する10分の1以下の値に設定されている。これにより、第1繊維62に流れる電流(すなわち繊維強化プラスチック層32において第1長手方向に沿うように流れる電流)が発生しないため、第1繊維62の等価インピーダンスZ⊥2はZ⊥2≫1となる。したがって、第1繊維62における透過率T⊥2はT⊥2≒1となる。これに対して、第2繊維72の等価インピーダンスZ‖2は、真空中のインピーダンスに対する1/√ε2倍の値となる。このため、第2繊維72における透過率T‖2は、フレネルの式を用いて計算される値と同等の値となる。The
以上の原理により、電気伝導率が高く誘電損失が大きい材料、より具体的には炭素繊維又は金属繊維などの材料が第1繊維61,62に用いられているものの、繊維強化プラスチック層31,32によるフレネル損失の増大は回避することができる。すなわち、これらの材料が繊維強化プラスチック層31,32に含まれているにもかかわらず、ミリ波等の電波に対する透過性の低下を回避することができる(換言すれば、ミリ波等の電波に対する透過性の向上を図ることができる。)。また、繊維強化プラスチック層31,32間に誘電率の低い層(すなわち間隙層8)が設けられていることにより、ミリ波等の電波に対する透過性を更に向上することができる。By the above principle, electrical conductivity is high dielectric loss material having a large, but more particularly used in the material 1 is
また、これらの材料を用いた第1繊維61,62により、従来の繊維強化プラスチック層に比して、繊維強化プラスチック層31,32の剛性の向上及び重量の低減を図ることができる。この結果、当該従来の繊維強化プラスチック層を有する従来のレドームに比して、レドーム2aの剛性の向上及び重量の低減を図ることができる。ここで、当該従来の繊維強化プラスチック層は、ガラス繊維強化プラスチック又はクオーツ繊維強化プラスチックなどにより構成されているものである。すなわち、当該従来の繊維強化プラスチック層は、繊維強化プラスチック層31,32における第1繊維61,62に用いられている材料(炭素繊維、金属繊維、ボロン繊維又は金属細線など)を含まないものである。Further, the
さらに、第1繊維61における透過率T⊥1がT⊥1≒1であり、かつ、第1繊維62における透過率T⊥2がT⊥2≒1であるため、間隔dが式(11)に基づく値に設定されていることにより、キャリア周波数f(例えば77GHz)を含む所定の周波数範囲におけるミリ波透過率を向上することができる。Further, since the transmittance T ⊥ 1 in the first fiber 61 is
図9における特性線IIは、レドーム2aによるミリ波透過率を示している。このミリ波透過率は、フレネルの式を用いて計算されたものである。なお、このミリ波透過率の計算において、誘電損失は無視しており、フレネル損失を計算の対象としている。また、図9に示す特性線Iは、図4に示す特性線Iと同一のものである。すなわち、特性線Iはレドーム2によるミリ波透過率を示している。
The characteristic line II in FIG. 9 shows the millimeter wave transmittance due to the
特性線IIに係るレドーム2aにおいては、第1繊維61,62が炭素繊維により構成されており、かつ、第2繊維71,72がガラス繊維により構成されている。特性線IIに係るレドーム2aにおいては、θ1=θ2=0°である。特性線IIに係るレドーム2aにおいては、繊維強化プラスチック層31,32のうちの第1繊維61,62を除く部位におけるアンテナ1の偏波方向に対する比誘電率が4.0である(すなわち、ε1=ε2=4.0である。)。特性線IIに係るレドーム2aにおいては、t1=t2=0.97mmに設定されている。特性線IIに係るレドーム2aにおいては、d=1.95mmに設定されている(すなわち、f=77GHzであるところ、m=1かつα=1.0である。)。以下、特性線IIに係るレドーム2aの構成例を「第2構成例」という。In the
図9に示す如く、第1構成例のレドーム2を用いることにより、74〜80GHzの周波数範囲におけるフレネル損失を5%以下にすることができる。これに対して、第2構成例のレドーム2aを用いることにより、73〜81GHzの周波数範囲におけるフレネル損失を5%以下にすることができる。
As shown in FIG. 9, by using the
なお、α=1.0である場合はもちろんのこと、式(12)に示す条件を満たす範囲内であれば、α≠1.0であっても、キャリア周波数fを含む所定の周波数範囲におけるミリ波透過率の向上効果が得られるものである。これは、アンテナ1のメインビーム方向が繊維強化プラスチック層31,32の厚さ方向に沿う方向(すなわちZ軸に沿う方向)に設定されている場合はもちろんのこと、当該メインビーム方向が当該厚さ方向に対して多少傾いた方向に設定されている場合であっても、当該周波数範囲におけるミリ波透過率の向上効果が得られることを示している。It should be noted that, of course, when α = 1.0, as long as it is within the range satisfying the condition shown in the equation (12), even if α ≠ 1.0, it is in a predetermined frequency range including the carrier frequency f. The effect of improving the millimeter wave transmittance can be obtained. This is of course if it is set in the main beam direction is fiber-reinforced
また、上記のとおり、角度θ1は0°に限定されるものではない。式(7)に示す条件を満たす範囲内であれば、θ1≠0°であっても良い。また、上記のとおり、角度θ2は0°に限定されるものではない。式(9)に示す条件を満たす範囲内であれば、θ2≠0°であっても良い。Further, as described above, the angle θ 1 is not limited to 0 °. As long as it is within the range satisfying the condition shown in the equation (7), θ 1 ≠ 0 ° may be satisfied. Further, as described above, the angle θ 2 is not limited to 0 °. Θ 2 ≠ 0 ° may be satisfied as long as the condition shown in the equation (9) is satisfied.
また、複数本の第1繊維61の各々は、被覆がなされたものであっても良い。また、複数本の第1繊維62の各々は、被覆がなされたものであっても良い。The first of each of the fibers 61 of the plurality of may be those coated is made. The first of each of the
また、繊維強化プラスチック層31,32間に1個以上の支持部材(不図示)が設けられていることにより、間隙層8が形成されているものであっても良い。これらの支持部材に適切な材料を用いることにより、レドーム2aの重量の低減を図りつつ、レドーム2aの剛性を更に向上することができる。In addition, by one or more support members (not shown) is provided between the fiber-reinforced
そのほか、レーダ装置100aは、実施の形態1にて説明したものと同様の種々の変形例、すなわちレーダ装置100と同様の種々の変形例を採用することができる。例えば、放射波はミリ波に限定されるものではない。また、レーダ装置100aは車載用に限定されるものではない。
In addition, the
以上のように、実施の形態2のレーダ装置100aにおいて、レドーム2aは、互いに対向配置された2個の繊維強化プラスチック層3と、2個の繊維強化プラスチック層3間に形成された間隙層8と、を有し、2個の繊維強化プラスチック層3間の間隔dは、電波の2分の1波長の整数倍に対応する値に設定されている。レドーム2aを用いることにより、レドーム2を用いた場合と同様に、ミリ波等の電波に対する透過性の向上と重量の低減及び剛性の向上との両立を図ることができる。また、繊維強化プラスチック層31,32間に誘電率の低い層(すなわち間隙層8)が設けられていることにより、ミリ波等の電波に対する透過性を更に向上することができる。さらに、間隔dが式(11)に基づく値に設定されていることにより、キャリア周波数fを含む所定の周波数範囲におけるフレネル損失を低減することができる。As described above, in the
また、間隔dは、アンテナ1による電波の放射方向(より具体的にはメインビーム方向)に対する間隔である。これにより、放射波(より具体的にはメインビーム)が上記のような高い透過率にてレドーム2aを通過することができる。
Further, the interval d is an interval with respect to the radiation direction (more specifically, the main beam direction) of the radio wave by the
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。 It should be noted that, within the scope of the invention, the present invention can be freely combined with each embodiment, modified from any component of each embodiment, or omitted from any component in each embodiment. ..
本発明のレーダ装置は、例えば、車載用ミリ波レーダに用いることができる。 The radar device of the present invention can be used, for example, in an in-vehicle millimeter-wave radar.
1 アンテナ、2,2a レドーム、3 繊維強化プラスチック層、4 繊維束(第1繊維束)、5 繊維束(第2繊維束)、6 繊維(第1繊維)、7 繊維(第2繊維)、8 間隙層、11 基板、12 アンテナ素子、100,100a レーダ装置。 1 antenna, 2, 2a radome, 3 fiber reinforced plastic layer, 4 fiber bundle (1st fiber bundle), 5 fiber bundle (2nd fiber bundle), 6 fiber (1st fiber), 7 fiber (2nd fiber), 8 gap layer, 11 substrate, 12 antenna element, 100, 100a radar device.
Claims (8)
前記レドームは、複数本の第1繊維による複数本の第1繊維束と、複数本の第2繊維による複数本の第2繊維束と、を含む繊維強化プラスチック層を有し、
前記繊維強化プラスチック層は、個々の前記第1繊維束の長手方向が前記アンテナの偏波方向に対する直交方向に沿うように設けられており、かつ、個々の前記第2繊維束の長手方向が前記偏波方向に対する平行方向に沿うように設けられており、
個々の前記第1繊維の電気伝導率が個々の前記第2繊維の電気伝導率よりも高い
ことを特徴とするレーダ装置。It is equipped with an antenna that radiates radio waves and a radome for the antenna.
The radome has a fiber reinforced plastic layer including a plurality of first fiber bundles made of a plurality of first fibers and a plurality of second fiber bundles made of a plurality of second fibers.
The fiber-reinforced plastic layer is provided so that the longitudinal direction of each of the first fiber bundles is along the direction perpendicular to the polarization direction of the antenna, and the longitudinal direction of each of the second fiber bundles is the said. It is provided along the direction parallel to the polarization direction, and is provided.
A radar device characterized in that the electric conductivity of each of the first fibers is higher than the electric conductivity of each of the second fibers.
2個の前記繊維強化プラスチック層間の間隔は、前記電波の2分の1波長の整数倍に対応する値に設定されている
ことを特徴とする請求項1から請求項3のうちのいずれか1項記載のレーダ装置。The radome has two fiber-reinforced plastic layers arranged so as to face each other and a gap layer formed between two fiber-reinforced plastic layers.
Any one of claims 1 to 3, wherein the distance between the two fiber-reinforced plastic layers is set to a value corresponding to an integral multiple of the half wavelength of the radio wave. The radar device described in the section.
個々の前記第2繊維は、ガラス繊維又はクオーツ繊維により構成されている
ことを特徴とする請求項1から請求項3のうちのいずれか1項記載のレーダ装置。The individual first fibers are composed of carbon fibers, metal fibers, boron fibers or fine metal wires.
The radar device according to any one of claims 1 to 3, wherein each of the second fibers is made of glass fiber or quartz fiber.
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