DE112018007136T5

DE112018007136T5 - Radarvorrichtung

Info

Publication number: DE112018007136T5
Application number: DE112018007136.7T
Authority: DE
Inventors: Tai TANAKA; Michio Takikawa; Takashi Maruyama; Shigeo Udagawa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-03-23
Filing date: 2018-03-23
Publication date: 2020-11-12
Anticipated expiration: 2038-03-24
Also published as: DE112018007136B4; US10950951B2; US20200393537A1; JPWO2019180926A1; JP6693682B2; CN111919135A; WO2019180926A1

Abstract

Beinhaltet sind: eine Radarhaupteinheit (2) zum Aussenden einer Radarwelle und zum Empfangen einer Reflexionswelle der von einem Objekt reflektierten Radarwelle; und ein dielektrisches Substrat (3), in dem mehrere Anpassungsschichten (30), die jeweils eine vorstehende Form aufweisen, regelmäßig auf einer Oberfläche des dielektrischen Substrats (3) angeordnet sind, und die von der Radarhaupteinheit (2) ausgesendete Radarwelle in die mehreren Anpassungsschichten (30) in einem Zustand eintritt, in dem die andere Oberflächenseite des dielektrischen Substrats (3) an einer Windschutzscheibe (100) befestigt ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Radarvorrichtung, das in einen Fahrzeugraum eingebaut ist.
STAND DER TECHNIK
Seit einigen Jahren werden verschiedene Sensoren an Fahrzeugen angebracht. Beispielsweise werden Millimeterwellenband-Radarvorrichtungen (nachfolgend als Radare bezeichnet) zur Messung der Entfernung von einem Objekt verwendet. Da solche Radarvorrichtungen Messungen mit einer elektromagnetischen Welle im Millimeterwellenband durchführen, sind sie nachts wirksam, wenn das Verwenden von Sensoren optischer Bänder Schwierigkeiten bereitet. Mittlerweile sind die Radarvorrichtungen unter dem Gesichtspunkt des Designs oft an der Unterseite des Fahrzeugs oder an der Rückseite des Logos angebracht. Es besteht jedoch die Möglichkeit, dass sich die Leistung von Radarvorrichtungen an diesen Befestigungspositionen, wie unten beschrieben, stark verschlechtert.
Ein Radar, das an der Unterseite eines Fahrzeugs befestigt ist, wird stark durch Mehrwegeausbreitung beeinträchtigt, die durch die Reflexionswelle einer vom Boden reflektierten Radarwelle entsteht. Beispielsweise bildet sich im Erkennungsbereich aufgrund der Mehrwegwelle eine Nullrichtung aus, in der die Empfindlichkeit des Radarempfangs stark reduziert ist.
Alternativ dazu gibt es bei einem Radar, das auf der Rückseite eines Logos angebracht ist, Fälle, in denen die Radarwelle durch das Logo gestreut wird und somit kein entsprechendes Strahlmuster entsteht. Dies ist ein wichtiger Faktor, der die Erkennungsleistung des Radars verschlechtert.
In der Zwischenzeit beschreibt Patentliteratur 1 ein Radar, das in einem Fahrzeugraum installiert ist. Dieses Radar ist innerhalb des Fahrzeugraums an einem oberen Teil der Windschutzscheibe angebracht. Dadurch wird der Einfluss der Mehrwegwelle auf das Radar reduziert, und das Design wird nicht beeinträchtigt, da das Radar nicht der Außenseite des Fahrzeugs ausgesetzt ist. Wenn jedoch die Streuung und der Verlust der Radarwelle in der Windschutzscheibe groß sind, wird der Gewinn des Radars stark reduziert, und damit schrumpft der Erkennungsbereich.
Inzwischen beinhaltet das in Patentliteratur 1 beschriebene Radar eine dielektrische Schicht auf der Windschutzscheibe. Es ist schwierig, den Verlust von elektromagnetischen Wellen, die sich durch die Windschutzscheibe ausbreiten, zu reduzieren, da er weitgehend von den physikalischen Eigenschaften des Materials der Windschutzscheibe abhängt. Die Reflexion der elektromagnetischen Wellen an der Oberfläche der Windschutzscheibe wird jedoch durch die dielektrische Schicht reduziert.
REFERENZLISTE
PATENTLITERATUR
Patentliteratur 1: JP 2017-129418 A
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHE AUFGABE
Bei dem in Patentliteratur 1 beschriebenen Radar trifft eine Radarwelle schräg auf die Glasoberfläche auf, so dass es schwierig ist, die Übertragungscharakteristik der Radarwelle in der dielektrischen Schicht zu steuern.
Darüber hinaus ist es schwierig, ein dielektrisches Substrat (dielektrische Schicht) anzubringen, das im Allgemeinen hart und nicht flexibel ist, da die Windschutzscheibe keine einheitliche Ebene ist.
Diese Erfindung löst die vorstehend genannten Nachteile, und ein Gegenstand der Erfindung ist es, eine Radarvorrichtung zu erhalten, die die Übertragungscharakteristik einer auf eine dielektrische Oberfläche auftreffenden Radarwelle verbessern kann.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Eine Radarvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet: eine Radarhaupteinheit, um eine Radarwelle auszusenden und eine Reflexionswelle der von einem Objekt reflektierten Radarwelle zu empfangen; und ein dielektrisches Substrat, in dem mehrere dielektrische Einheiten, die jeweils eine vorstehende Form aufweisen, regelmäßig auf einer Oberfläche des dielektrischen Substrats angeordnet sind, und die von der Radarhaupteinheit ausgesendete Radarwelle in die mehreren dielektrischen Einheiten in einem Zustand eintritt, in dem eine andere Oberflächenseite des dielektrischen Substrats an einer dielektrischen Oberfläche befestigt ist.
VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung tritt eine Radarwelle in die dielektrischen Einheiten ein, die jeweils eine vorstehende Form aufweisen, und somit wird die Reflexion der Radarwelle an der dielektrischen Oberfläche unterdrückt. Dadurch wird die Übertragungscharakteristik der auf die dielektrische Oberfläche auftreffenden Radarwelle verbessert.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration einer Radarvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
2 ist eine perspektivische Ansicht, die ein dielektrisches Substrat der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
3A ist eine Querschnittsansicht, die Querschnitte des dielektrischen Substrats und einer Windschutzscheibe der ersten Ausführungsform zeigt, die entlang einer xz-Ebene geschnitten wurde. 3B ist eine Querschnittsansicht, die Querschnitte des dielektrischen Substrats und der Windschutzscheibe der ersten Ausführungsform zeigt, die entlang einer yz-Ebene geschnitten wurde. 3C ist eine Querschnittsansicht, die Querschnitte eines dielektrischen Substrats der entsprechenden verwandten Technik und der Windschutzscheibe zeigt, die entlang einer xz-Ebene geschnitten wurden.
4 ist ein Schaubild, das ein Berechnungsergebnis der Beziehung zwischen der Frequenz einer auf ein dielektrisches Substrat auftreffenden Radarwelle und der relativen Amplitude der vom dielektrischen Substrat ausgesandten Radarwelle veranschaulicht.
5A ist eine Seitenansicht, die das dielektrische Substrat der ersten Ausführungsform zeigt. 5B ist eine Seitenansicht, die schematisch die Windschutzscheibe zeigt, an der das dielektrische Substrat der ersten Ausführungsform befestigt ist.
6 ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration einer Radarvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
7 ist eine Seitenansicht, die schematisch eine Windschutzscheibe zeigt, auf der ein dielektrisches Substrat einer dritten Ausführungsform der Erfindung angebracht ist.
8 ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration einer Radarvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
9 ist ein Diagramm, das dielektrische Einheiten veranschaulicht, von denen jede eine vorstehende Form aufweist, die in einem dielektrischen Substrat gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung beinhaltet ist.
10 ist ein Diagramm, das dielektrische Einheiten veranschaulicht, von denen jede eine vorstehende Form aufweist, die in einem dielektrischen Substrat gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung beinhaltet ist.
11 ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration einer Radarvorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
12A ist eine Draufsicht, die ein dielektrisches Substrat gemäß einer achten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. 12B ist eine perspektivische Ansicht, die eine dielektrische Einheit mit einer vorstehenden Form veranschaulicht, die im dielektrischen Substrat von 12A beinhaltet ist.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Um die vorliegende Erfindung näher zu beschreiben, werden nachfolgend Ausführungsbeispiele zum Ausführen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Erste Ausführungsform
1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration einer Radarvorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. Wie in 1 dargestellt, beinhaltet die Radarvorrichtung 1 eine Radarhaupteinheit 2 und ein dielektrisches Substrat 3. Die Radarhaupteinheit 2 und das dielektrische Substrat 3 sind in einem Fahrzeugraum installiert. Die Radarhaupteinheit 2 sendet eine Radarwelle A vor dem Fahrzeug aus und erfasst den Abstand des Fahrzeugs zu einem Objekt oder einen Azimut, in dem sich das Objekt befindet, anhand des Ergebnisses des Empfangens der Reflexionswelle der Radarwelle A, die vom Objekt am Zielort der Radarwelle A reflektiert wird.
Die Radarhaupteinheit 2 beinhaltet mehrere Antennenelemente 20 und eine Radarabdeckung 21. Die Radarantenne, die die Radarwelle A sendet und empfängt, beinhaltet die mehrfachen Antennenelemente 20, und die Antennenelemente sind beispielsweise in einem Array angeordnet. Die Radarabdeckung 21 ist ein Element, das die Radarwelle A aussendet, und ist so vorgesehen, dass sie die offene Fläche für die Radarantenne abdeckt. Die Radarabdeckung 21 ist beispielsweise ein dielektrisches Element und wird vorzugsweise aus dem gleichen Material wie das dielektrische Substrat 3 hergestellt.
Das dielektrische Substrat 3 ist ein dielektrisches Element, bei dem mehrere dielektrische Einheiten 30, die jeweils eine vorstehende Form aufweisen, regelmäßig auf einer Oberfläche angeordnet sind und die andere Seite der Oberfläche an einer Oberfläche einer Windschutzscheibe 100 auf der Seite des Fahrzeugraums befestigt ist. Die von der Radarhaupteinheit 2 ausgesandte Radarwelle A tritt in die dielektrischen Einheiten 30 ein, die in dem an der Windschutzscheibe 100 befestigten dielektrischen Substrat 3 beinhaltet sind, wie durch einen Pfeil in 1 angegeben.
Wie in 1 veranschaulicht, ist zwischen der Radarhaupteinheit 2 und den dielektrischen Einheiten 30 ein Spalt vorhanden, so dass die Antennenelemente 20 und die dielektrischen Einheiten 30 nicht miteinander in Kontakt stehen. Die dielektrischen Einheiten 30 fungieren als Anpassungsschicht, die der räumlichen Impedanz für die Radarwelle A entspricht. Die Radarwelle A tritt in die Windschutzscheibe 100 ein, wobei eine räumliche Impedanzanpassung vom distalen Ende der vorstehenden Form der dielektrischen Einheit 30 erreicht wird.
Die Windschutzscheibe 100 ist ein im Fahrzeug beinhaltetes dielektrisches Element (Abbildung des gesamten Fahrzeugs entfällt), auf dem die Radarvorrichtung 1 montiert ist, und eine Oberfläche der Windschutzscheibe 100, auf der das dielektrische Substrat 3 befestigt ist, ist eine dielektrische Oberfläche. Die Windschutzscheibe 100 weist beispielsweise einen dreischichtigen Aufbau aus einer ersten Schicht 100a, einer zweiten Schicht 100b und einer dritten Schicht 100c auf.
2 ist eine perspektivische Ansicht, die das dielektrisches Substrat 3 der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 2 veranschaulicht, sind die mehrfachen dielektrischen Einheiten 30, die jeweils eine vorstehende Form aufweisen, regelmäßig auf einer Oberfläche des dielektrischen Substrats 3 angeordnet, und dadurch weist das dielektrische Substrat 3 eine dreidimensionale Form im Gegensatz zu flachen plattenförmigen dielektrischen Substraten der verwandten Technik auf. In 2 weisen die dielektrischen Einheiten 30 jeweils beispielsweise eine viereckige Pyramidenform auf.
Das dielektrische Substrat 3 beinhaltet auf seiner anderen Oberfläche eine Haftschicht 31 und ist über die Haftschicht 31 an der Oberfläche der Windschutzscheibe 100 auf der Fahrzeugraumseite befestigt. Es ist wünschenswert, dass der in der Haftschicht 31 enthaltene Klebstoff ein Material ist, das eine niedrige Dielektrizitätskonstante aufweist und sich mit einer Dicke von etwa 0,1 λ_c/(ε_f)^1/2 verbinden kann, wobei das Symbol ε_f die relative Dielektrizitätskonstante der Windschutzscheibe 100 darstellt. Das Symbol λ_c steht für die Wellenlänge der Mittenfrequenz f_c der Radarwelle.
Es ist wünschenswert, dass die relative Dielektrizitätskonstante ε_m des dielektrischen Substrats 3 einschließlich der dielektrischen Einheiten 30 nahe an der relativen Dielektrizitätskonstante ε_f der Windschutzscheibe 100 liegt. Zum Beispiel kann das Material des dielektrischen Substrats 3 transparentes und flexibles Polycarbonat (relative Dielektrizitätskonstante ε_m ist etwa 3) oder Polyurethan (relative Dielektrizitätskonstante ε_m ist etwa 5) sein.
Die Normalenrichtung der Oberfläche der Windschutzscheibe 100, auf der das dielektrische Substrat 3 befestigt ist, wird mit B bezeichnet, und die Einfallsrichtung der Radarwelle A, die von der Radarhaupteinheit 2 auf das dielektrische Substrat 3 abgestrahlt wird, wird mit C bezeichnet. Die Einfallsrichtung C der Radarwelle A ist gegenüber der Normalenrichtung B der Glasoberfläche geneigt, so dass die Radarwelle A schräg auf die Windschutzscheibe 100 einfällt.
3A ist eine Querschnittsansicht, die Querschnitte des dielektrischen Substrats 3 und der Windschutzscheibe 100 zeigt, die entlang einer xz-Ebene geschnitten wurden. 3B ist eine Querschnittsansicht, die Querschnitte des dielektrischen Substrats 3 und der Windschutzscheibe 100 zeigt, die entlang einer yz-Ebene geschnitten wurden. 3C ist eine Querschnittsansicht, die Querschnitte eines dielektrischen Substrats 200 der entsprechenden verwandten Technik und der Windschutzscheibe 100 zeigt, die entlang einer xz-Ebene geschnitten wurden. Obwohl das dielektrische Substrat 3 über die in 2 dargestellte Haftschicht 31 an der Windschutzscheibe 100 befestigt ist, wird die Darstellung der Haftschicht 31 in 3A und 3B weggelassen. Ebenso wird in 3C die Abbildung einer Haftschicht zum Befestigen des dielektrischen Substrats 200 der verwandten Technik auf der Windschutzscheibe 100 weggelassen.
In der viereckigen, pyramidenförmigen dielektrischen Einheit 30, die im dielektrischen Substrat 3 beinhaltet ist, beträgt die Länge jeder Seite der Unterseite der viereckigen Pyramide das 0,1- bis 0,2-fache der Wellenlänge λ_c, der Mittenfrequenz f_c der Radarwelle A, die von der Radarhaupteinheit 2 ausgesendet wird, nämlich 0,1λ_c bis 0,2λ_c. Die Höhe der viereckigen Pyramide beträgt das 0,1- bis 0,2-fache der Wellenlänge λ_c, nämlich 0,1λ_c bis 0,2λ_c. Die Dicke des dielektrischen Substrats 3, das sich unter den dielektrischen Einheiten 30 befindet, beträgt das 0,5- bis 1,0-fache der Wellenlänge λ_c, nämlich 0,5λ_c bis 1,0λ_c.
Der Absolutwert eines inneren Produkts aus dem Richtungsvektor einer Geraden, die die Spitze der viereckigen Pyramide, die die dielektrische Einheit 30 bildet, mit dem Mittelpunkt der Unterseite der viereckigen Pyramide verbindet, und dem Einfallsrichtungsvektor der Radarwelle A ist gleich oder kleiner als cos (30°), selbst wenn der Einfallswinkel der Radarwelle A von 45° geändert wird.
Die Größe des dielektrischen Substrats 3 ist größer oder gleich der Größe, die den Bereich des von der Radarantenne gebildeten Strahlmusters abdecken kann. Zum Beispiel in einem Fall, in dem der Abstand zwischen der Radarantenne, deren Strahlungsdiagramm ± 60° von der Mitte in Strahlungsrichtung reicht, und den dielektrischen Einheiten 30 50 mm beträgt, beträgt die Mindestgröße, die es dem dielektrischen Substrat 3 erlaubt, als Anpassungsschicht zu fungieren, 50 mm.
In 3A, 3B und 3C trifft die Radarwelle A schräg unter einem Winkel von 45° zur Normalen B der Windschutzscheibe 100 in einer Einfallsrichtung C ein und tritt unter einem Winkel von 45° zur Normalen B in einer Abstrahlrichtung D aus. In 3A und 3B weist die dielektrische Einheit 30 eine relative Dielektrizitätskonstante ε_m von 5 und eine dielektrische Tangente von 0,001 auf, wobei jede Seite der Unterseite der viereckigen Pyramide eine Länge von 0,6λ_c aufweist, die Höhe der viereckigen Pyramide 0,125λ_c beträgt, und die Dicke des dielektrischen Substrats 3 0,1λ_c beträgt.
Die Windschutzscheibe 100 weist einen dreischichtigen Aufbau auf, der für allgemeine Fahrzeuge verwendet wird. In der dreischichtigen Struktur wird die Dicke T1 der ersten Schicht 100a auf 0,5λ_c, die Dicke T2 der zweiten Schicht 100b auf 0,18λ_cund die Dicke T3 der dritten Schicht 100c auf 0,5λ_c gesetzt. Das dielektrische Substrat 200 der verwandten Technik weist eine Struktur auf, die durch Entfernen der dielektrischen Einheiten 30 vom dielektrischen Substrat 3 erhalten wird, und weist eine Dicke von 0,1λ_c auf.
4 ist ein Schaubild, das ein Berechnungsergebnis der Beziehung zwischen der Frequenz einer auf das dielektrische Substrat auftreffenden Radarwelle und der relativen Amplitude der vom dielektrischen Substrat ausgesandten Radarwelle veranschaulicht. Dargestellt sind Simulationsergebnisse des Frequenzverlaufs der Übertragung einer Radarwelle in der Struktur des dielektrischen Substrats 3 einschließlich der in 3A und 3B dargestellten dielektrischen Einheiten 30 und des Frequenzverlaufs der Übertragung einer Radarwelle in der Struktur des dielektrischen Substrats 200 der in 3C dargestellten verwandten Technik. In 4 stellt die durch die gestrichelte Linie a angezeigte Kennlinie das mit der Struktur des dielektrischen Substrats 200 der verwandten Technik erhaltene Berechnungsergebnis dar, und die durch die durchgezogene Linie b angezeigte Kennlinie stellt das mit der Struktur des dielektrischen Substrats 3 erhaltene Berechnungsergebnis dar.
Wie in 4 veranschaulicht, weist die durch die durchgezogene Linie b angezeigte Kennlinie immer eine höhere relative Amplitude als die durch die gestrichelte Linie a angezeigte Kennlinie auf, und somit weist die Struktur des dielektrischen Substrats 3 im Vergleich zum dielektrischen Substrat 200 der verwandten Technik eine verbesserte relative Kennlinie in Bezug auf die Übertragung der Radarwelle auf. Die Radarwelle, die sich durch das dielektrische Substrat 3 ausbreitet, tritt in die Windschutzscheibe 100 ein, nachdem sie einer allmählichen räumlichen Impedanzänderung vom distalen Ende der viereckigen Pyramide, die die dielektrische Einheit 30 bildet, ausgesetzt wurde.
Das heißt, die Radarwelle dringt in die Windschutzscheibe 100 ein und erreicht dabei eine räumliche Impedanzanpassung vom distalen Ende bis zum unteren Ende der viereckigen Pyramide, so dass die Reflexion durch die Windschutzscheibe 100 unterdrückt werden kann. Dadurch wird die Übertragungscharakteristik der auf die Windschutzscheibe 100 auftreffenden Radarwelle verbessert.
Es ist zu beachten, dass die dielektrische Einheit 30 nicht auf eine viereckige Pyramidenform beschränkt ist.
Jede der dielektrischen Einheiten 30 der ersten Ausführungsform kann eine andere polygonale Pyramidenform als die viereckige Pyramide oder eine konische Form aufweisen, solange die Form eine allmähliche Änderung der räumlichen Impedanz vom distalen Ende einer vorstehenden Form bei der Ausbreitung der Radarwelle zulässt.
Zusätzlich kann das dielektrische Substrat 3 der ersten Ausführungsform auf einer gekrümmten Oberfläche montiert werden.
5A ist eine Seitenansicht des dielektrischen Substrats 3, bei der die Darstellung der Dicke des dielektrischen Substrats 3 weggelassen wurde. 5B ist eine Seitenansicht, die schematisch die Windschutzscheibe 100 zeigt, an der das dielektrische Substrat 3 befestigt ist, wobei die Darstellung der Dicke des dielektrischen Substrats 3 wie in 5A weggelassen wurde.
Normalerweise weist die Windschutzscheibe 100 eine gekrümmte Oberflächenform auf. Aus diesem Grund entsteht beim Anbringen eines dielektrischen Substrats aus einem nicht hochflexiblen dielektrischen Material an der Windschutzscheibe 100 ein Spalt zwischen dem dielektrischen Substrat und der Windschutzscheibe 100. Selbst wenn ein gekrümmtes dielektrisches Substrat so konstruiert ist, dass es in diesen Spalt passt, ist es wahrscheinlich, dass sich zwischen dem dielektrischen Substrat und der Windschutzscheibe 100 in ähnlicher Weise ein Spalt bildet, da es eine Fertigungstoleranz der Windschutzscheibe 100 gibt.
Im Gegensatz dazu kann das dielektrische Substrat 3 gemäß der ersten Ausführungsform im Vergleich zu einem dielektrischen Substrat ohne dreidimensionale Form flexibler sein, indem die Dicke des dielektrischen Substrats 3 auf der Unterseite der dielektrischen Einheiten 30 ausreichend dünn sein kann, da die mehreren dreidimensionalen dielektrischen Einheiten 30 regelmäßig angeordnet sind.
Dadurch kann das dielektrische Substrat 3 gemäß der ersten Ausführungsform über die Haftschicht 31 entlang der gekrümmten Oberfläche der Windschutzscheibe 100 befestigt werden, wie in 5B veranschaulicht.
Wie oben beschrieben, beinhaltet die Radarvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform die Radarhaupteinheit 2 zum Aussenden einer Radarwelle und zum Empfangen einer Reflexionswelle der von einem Objekt reflektierten Radarwelle; und das dielektrische Substrat 3, in dem die mehreren dielektrischen Einheiten 30, die jeweils eine vorstehende Form aufweisen, regelmäßig auf einer Oberfläche des dielektrischen Substrats 3 angeordnet sind und die von der Radarhaupteinheit 2 ausgesendete Radarwelle in die mehreren dielektrischen Einheiten 30 in einem Zustand eintritt, in dem die andere Seite der Oberfläche des dielektrischen Substrats 3 an der Windschutzscheibe 100 befestigt ist. Wenn eine Radarwelle in die dielektrische Einheit 30 eintritt, die eine vorstehende Form aufweist, tritt die Radarwelle in die Windschutzscheibe 100 ein, wobei eine räumliche Impedanzanpassung vom distalen Ende der vorstehenden Form erreicht wird, und somit die Reflexion der Radarwelle an der Windschutzscheibe 100 unterdrückt wird. Dadurch wird die Übertragungscharakteristik der auf die Windschutzscheibe 100 auftreffenden Radarwelle verbessert.
Zweite Ausführungsform
6 ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration einer Radarvorrichtung 1A gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. In 6 wird die gleiche Komponente wie in 1 mit dem gleichen Symbol bezeichnet und deren Beschreibung weggelassen. Die Radarvorrichtung 1A gemäß der zweiten Ausführungsform beinhaltet einen Spalt 300 zwischen einem dielektrischen Substrat 3 und einer Windschutzscheibe 100, wie in 6 veranschaulicht.
Es ist wünschenswert, dass der Spalt 300 ein Intervall von 0,1 bis 0,5 mal der Wellenlänge λ_c, der Mittenfrequenz f_c der Radarwelle A ist, die von einer Radarhaupteinheit 2 ausgesendet wird, nämlich 0,1λ_c bis 0,5λ_c. Die Einbeziehung des Spalts 300 macht die Haftschicht 31 des dielektrischen Substrats 3 überflüssig. Darüber hinaus kann das dielektrische Substrat 3 ohne Berücksichtigung der gekrümmten Oberfläche der Windschutzscheibe 100 angebracht werden, wodurch die Anbringungsarbeit des dielektrischen Substrats 3 an der Windschutzscheibe 100 erleichtert wird.
Als Verfahren zum Befestigen des dielektrischen Substrats 3 an der Windschutzscheibe 100 unter Schaffung des Spalts 300 kann beispielsweise ein rahmenförmiger Halter zum Abstützen der Außenkante des dielektrischen Substrats 3 vorbereitet werden, und der Halter, der das dielektrische Substrat 3 trägt, kann an der Windschutzscheibe 100 befestigt werden.
Dritte Ausführungsform
7 ist eine Seitenansicht, die schematisch eine Windschutzscheibe 100 zeigt, auf der ein dielektrisches Substrat 3A einer dritten Ausführungsform der Erfindung angebracht ist. In 7 wird die gleiche Komponente wie in 1 mit dem gleichen Symbol bezeichnet und ihre Beschreibung weggelassen. Eine Radarvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform beinhaltet eine Reflexionsunterdrückungsschicht 32 zwischen dem dielektrischen Substrat 3A und der Windschutzscheibe 100, wie in 7 veranschaulicht. Zwischen der Reflexionsunterdrückungsschicht 32 und der Windschutzscheibe 100 kann eine Haftschicht 31 eingefügt werden.
Die Reflexionsunterdrückungsschicht 32 ist eine dielektrische Schicht mit einer Dielektrizitätskonstante ε_x von einem Wert zwischen der Dielektrizitätskonstante ε_m des dielektrischen Substrats 3A und der Dielektrizitätskonstante ε_f der Windschutzscheibe 100.
Da sich die Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Substrats 3A und die Dielektrizitätskonstante der Windschutzscheibe 100 voneinander unterscheiden, kommt es zur Reflexion einer Radarwelle, die eine elektromagnetische Welle ist. Obwohl es möglich ist, die Reflexion der Radarwelle durch Ändern der Dicke oder der Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Substrats zu reduzieren, ist ein Material mit einer Dielektrizitätskonstante, die die Reflexion der Radarwelle angemessen unterdrücken kann, nicht immer verfügbar.
Daher ist in der dritten Ausführungsform die Reflexionsunterdrückungsschicht 32 zwischen dem dielektrischen Substrat 3A und der Windschutzscheibe 100 beinhaltet. Wie oben beschrieben, wird der Unterschied in der Dielektrizitätskonstante zwischen dem dielektrischen Substrat 3A und der Windschutzscheibe 100 durch die Reflexionsunterdrückungsschicht 32 mit einer Dielektrizitätskonstante ε_x von einem Wert zwischen der Dielektrizitätskonstante ε_m und der Dielektrizitätskonstante ε_f verringert, und somit wird die Reflexion der Radarwelle unterdrückt.
Vierte Ausführungsform
8 ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration einer Radarvorrichtung 1B gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. In 8 wird die gleiche Komponente wie in 1 mit dem gleichen Symbol bezeichnet und die Beschreibung davon weggelassen. Bei dem Radarvorrichtung 1B gemäß der vierten Ausführungsform, wie in 8 dargestellt, sind eine Radarhaupteinheit 2A und ein dielektrisches Substrat 3B in einem Gehäuse beinhaltet, wobei das dielektrische Substrat 3B auch als Radarabdeckung der Radarhaupteinheit 2A dient. In diesem Gehäuse wird eine präzise Positionseinstellung zwischen der Radarhaupteinheit 2A und dem dielektrischen Substrat 3B erreicht.
Das dielektrische Substrat 3B ist so vorgesehen, dass es die offene Fläche für die Radarantenne der Radarhaupteinheit 2A in einem Zustand bedeckt, in dem die Fläche, auf der mehrere dielektrische Einheiten 30 mit jeweils vorstehender Form angeordnet sind, der Radarhaupteinheit 2A zugewandt ist.
Das dielektrische Substrat 3B wird an der Windschutzscheibe 100 auf der Oberfläche befestigt, auf der die dielektrischen Einheiten 30 nicht angeordnet sind. Beispielsweise in einem Fall, in dem die Radarhaupteinheit 2A an der Decke des Fahrzeugraums befestigt ist, müssen das dielektrische Substrat 3B und die Windschutzscheibe 100 nicht miteinander verklebt werden. In diesem Fall ist es wünschenswert, dass der zwischen dem dielektrischen Substrat 3B und der Windschutzscheibe 100 gebildete Spalt ein Intervall von 0,1 bis 0,5 mal der Wellenlänge λ_c, der Mittenfrequenz f_c der von der Radarhaupteinheit 2 ausgesendeten Radarwelle A ist, nämlich 0,1λ_c bis 0,5λ_c, wie in der zweiten Ausführungsform dargestellt.
In der Zwischenzeit kann das dielektrische Substrat 3B über eine Haftschicht 31 an der Windschutzscheibe 100 befestigt werden. Die Radarhaupteinheit 2A kann von dem an der Windschutzscheibe 100 befestigten dielektrischen Substrat 3B getragen werden. Darüber hinaus kann die in der dritten Ausführungsform veranschaulichte Reflexionsunterdrückungsschicht 32 zwischen der Haftschicht 31 des dielektrischen Substrats 3B und der Windschutzscheibe 100 beinhaltet sein.
Wie oben beschrieben, ist in der Radarvorrichtung 1B gemäß der vierten Ausführungsform das dielektrische Substrat 3B eine Radarabdeckung, die die offene Fläche für die in der Radarhaupteinheit 2A beinhaltete Radarantenne abdeckt.
Bei dieser Konfiguration können die Radarhaupteinheit 2A und das dielektrische Substrat 3B in einem Gehäuse beinhaltet sein. In diesem Gehäuse sind die Positionen der Radarhaupteinheit 2A und des dielektrischen Substrats 3B entsprechend ausgerichtet. So muss ein Arbeitsfahrzeug, das die Radarvorrichtung 1B im Fahrzeugraum installiert, keine genaue Positionseinstellung zwischen der Radarhaupteinheit 2A und dem dielektrischen Substrat 3B vornehmen.
Fünfte Ausführungsform
9 ist ein Diagramm, das dielektrische Einheiten 30A veranschaulicht, von denen jede eine vorstehende Form aufweist, die in einem dielektrischen Substrat gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung beinhaltet ist. Mehrere dielektrische Einheiten 30A sind regelmäßig auf einer Oberfläche des dielektrischen Substrats der fünften Ausführungsform angeordnet. Wie in 9 dargestellt, weist die dielektrische Einheit 30A eine vorstehende Form auf, die stufenweise vorsteht.
Zum Beispiel kann die dielektrische Einheit 30A eine Form aufweisen, die einer viereckigen Pyramide ähnelt, wobei die Form durch Stapeln mehrerer rechteckiger, parallelepipedischer dielektrischer Elemente erhalten wird, deren Größe von der Unterseite zur distalen Endseite hin allmählich abnimmt.
Darüber hinaus kann der Abschnitt, der der Spitze der viereckigen Pyramide der in der ersten bis vierten Ausführungsform dargestellten dielektrischen Einheit 30 entspricht, der Mittelpunkt der distalen Endfläche der obersten Stufe der dielektrischen Einheit 30A sein.
Da die dielektrische Einheit 30A eine stufenförmig vorstehende Form aufweist, lässt sich die dielektrische Einheit 30A im Vergleich zu einer viereckigen Pyramide leicht durch Stapeln herstellen. Darüber hinaus können die dielektrischen Substrate, die in der ersten bis vierten Ausführungsform dargestellt sind, durch dielektrische Substrate mit den dielektrischen Einheiten 30A ersetzt werden.
Sechste Ausführungsform
10 ist ein Diagramm, das dielektrische Einheiten 30B veranschaulicht, von denen jede eine vorstehende Form aufweist, die in einem dielektrischen Substrat gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung beinhaltet ist. Die mehrfachen dielektrischen Einheiten 30B sind regelmäßig auf einer Oberfläche des dielektrischen Substrats der sechsten Ausführungsform angeordnet. Wie in 10 veranschaulicht, steht die dielektrische Einheit 30B in einem Längsquerschnitt gekrümmt aus ihr vor. Die in der ersten bis vierten Ausführungsform veranschaulichten dielektrischen Substrate können durch das dielektrische Substrat mit den dielektrischen Einheiten 30B ersetzt werden.
In einem Fall, in dem es sich bei den dielektrischen Einheiten um viereckige Pyramiden handelt, sind die Parameter, die die Form der dielektrischen Einheit bestimmen, die Größe des Bodens und die Höhe der viereckigen Pyramide sowie die Neigung von der Spitze zum Boden im Dreieck im Längsquerschnitt. Wenn die Größe des Bodens und die Höhe der viereckigen Pyramide festgelegt sind, kann die Form der dielektrischen Einheit nur durch die obige Neigung verändert werden.
Da die dielektrische Einheit 30B im Längsquerschnitt in einer gekrümmten Form vorsteht, selbst in einem Zustand, in dem die Größe des Bodens und die Höhe, die denen der viereckigen Pyramide entspricht, festgelegt sind, kann die Form unter Verwendung verschiedener Funktionen, die die Kurven darstellen (beispielsweise eine Funktion, die eine quadratische Kurve darstellt), als Parameter entworfen werden. Infolgedessen kann der Grad der Designfreiheit der dielektrischen Einheit 30B erhöht werden, wodurch das Design einer Struktur ermöglicht wird, die besser als Anpassungsschicht funktioniert.
Siebte Ausführungsform
11 ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration einer Radarvorrichtung 1C gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. In 11 wird die gleiche Komponente wie in 1 mit dem gleichen Symbol bezeichnet und die Beschreibung davon weggelassen.
Die Radarvorrichtung 1C gemäß der siebten Ausführungsform beinhaltet ein dielektrisches Substrat 3C. Im dielektrischen Substrat 3C sind mehrere dielektrische Einheiten 30C regelmäßig auf der Oberfläche angeordnet, die einer Radarhaupteinheit 2 zugewandt ist. In jeder der mehrfachen dielektrischen Einheiten 30C ist ein Richtungsvektor einer Geraden, die das distale Ende und den Mittelpunkt des Bodens der vorstehenden Form verbindet, der Ausrichtung einer Radarwelle in der Radarhaupteinheit 2 zugewandt.
Im dielektrischen Substrat 3 in der ersten Ausführungsform wird angenommen, dass die Radarwelle von der Radarhaupteinheit 2 die Fernfeldbedingung erfüllt, d. h. dass die Radarwelle als ebene Welle einfällt.
In einem Zustand, in dem die Radarhaupteinheit 2 und das dielektrische Substrat 3 nicht ausreichend voneinander getrennt sind und damit die Fernfeldbedingung nicht erfüllt ist, ist es jedoch schwierig, die Radarwelle als ebene Welle anzunehmen. In diesem Fall sendet die Radarhaupteinheit 2 eine elektromagnetische Welle, die eine Radarwelle ist, in Richtungen A1 aus, und die Radarwelle tritt an Wellenfronten A2, die sich in Bezug auf die Ausbreitungsrichtung ausbreiten, in die mehrfachen dielektrischen Einheiten ein.
Das dielektrische Substrat 3C gemäß der siebten Ausführungsform ist so ausgelegt, dass in jeder der mehreren dielektrischen Einheiten 30C ein Richtungsvektor einer Geraden, die das distale Ende und den Mittelpunkt des Bodens der vorstehenden Form verbindet, der Ausrichtung einer Radarwelle in der Radarhaupteinheit 2 zugewandt ist. Infolgedessen weist eine dielektrische Einheit 30C an einem Ende des dielektrischen Substrats 3C eine Form auf, die stärker zur Mitte hin geneigt ist als eine dielektrische Einheit 30C im Mittelteil, entsprechend der Ausbreitung der Radarwelle, wie in 11 veranschaulicht. Selbst wenn also die Radarhaupteinheit 2 und das dielektrische Substrat 3C die Fernfeldbedingung nicht erfüllen, kann die Reflexion der Radarwelle im dielektrischen Substrat 3C unterdrückt werden.
Es ist zu beachten, dass die in der ersten bis vierten Ausführungsform veranschaulichten dielektrischen Substrate durch das dielektrische Substrat 3C ersetzt werden können. Darüber hinaus kann die dielektrische Einheit 30C schrittweise vorstehen oder in einem Längsquerschnitt davon in einer gekrümmten Form vorstehen.
Achte Ausführungsform
12A ist eine Draufsicht, die ein dielektrisches Substrat 3D gemäß einer achten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. 12B ist eine perspektivische Ansicht, die eine dielektrische Einheit 30D mit einer vorstehenden Form veranschaulicht, die im dielektrischen Substrat 3D von 12A beinhaltet ist, und veranschaulicht die dielektrische Einheit 30D in einem Abschnitt E, der von der gestrichelten Linie in 12A umgeben ist, in einer vergrößerten Weise.
Wie in 12B dargestellt, weist die dielektrische Einheit 30D eine viereckige Pyramidenform auf, deren Boden ein Parallelogramm ist. Auf einer Oberfläche des dielektrischen Substrats 3D sind mehrere dielektrische Einheiten 30D in einer dreieckigen Anordnung angeordnet, wie in 12A veranschaulicht.
In einem Fall, in dem eine dielektrische Einheit eine regelmäßige viereckige Pyramide ist, werden mehrere dielektrische Einheiten in einer rechteckigen Anordnung auf einer Oberfläche des dielektrischen Substrats angeordnet. Inzwischen weist die dielektrische Einheit 30D in der achten Ausführungsform eine viereckige Pyramidenform auf, deren Boden ein Parallelogramm ist, und somit können die mehreren dielektrischen Einheiten 30D in einer dreieckigen Anordnung auf einer Oberfläche des dielektrischen Substrats 3D angeordnet werden. Dadurch wird die Dichte der dielektrischen Einheiten 30D auf der einen Oberfläche des dielektrischen Substrats 3D erhöht, und dadurch kann die Betriebsbandbreite als Anpassungsschicht verbreitert werden.
Es ist zu beachten, dass die in der ersten bis vierten Ausführungsform veranschaulichten dielektrischen Substrate durch das dielektrische Substrat 3D ersetzt werden können. Darüber hinaus kann die dielektrische Einheit 30D schrittweise vorstehen oder in einem Längsquerschnitt davon in einer gekrümmten Form vorstehen. Darüber hinaus kann in jeder der mehrfachen dielektrischen Einheiten 30D ein Richtungsvektor einer Geraden, die das distale Ende und den Mittelpunkt des Bodens der vorstehenden Form verbindet, der Ausrichtung einer Radarwelle in einer Radarhaupteinheit 2 zugewandt sein.
Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben genannten Ausführungsformen beschränkt ist und dass die vorliegende Erfindung eine flexible Kombination der einzelnen Ausführungsformen, eine Abwandlung einer Komponente der einzelnen Ausführungsformen oder das Weglassen einer Komponente in den einzelnen Ausführungsformen im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfassen kann.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Eine Radarvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verbessert die Übertragungscharakteristik einer auf eine dielektrische Oberfläche auftreffenden Radarwelle und ist daher beispielsweise auf eine Abstandsmessvorrichtung zum Messen des Abstands zu einem außerhalb eines Fahrzeugs befindlichen Objekt anwendbar, indem die Radarwelle aus dem Fahrzeugraum nach außen abgestrahlt wird.
Bezugszeichenliste

1, 1A bis 1C: Radarvorrichtung,
2, 2A: Radarhaupteinheit,
3, 3A bis 3D: dielektrisches Substrat,
20: Antennenelement,
21: Radarabdeckung,
30, 30A bis 30D: dielektrische Einheit,
31: Haftschicht,
32: Reflexionsunterdrückungsschicht,
100: Windschutzscheibe,
100a: erste Schicht,
100b: zweite Schicht,
100c: dritte Schicht,
200: dielektrisches Substrat,
300: Spalt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2017129418 A [0007]

Claims

Radarvorrichtung, umfassend : eine Radarhaupteinheit, um eine Radarwelle auszusenden und eine Reflexionswelle der von einem Objekt reflektierten Radarwelle zu empfangen; und ein dielektrisches Substrat, bei dem mehrere dielektrische Einheiten, die jeweils eine vorstehende Form aufweisen, regelmäßig auf einer Oberfläche des dielektrischen Substrats angeordnet sind, und die von der Radarhaupteinheit ausgestrahlte Radarwelle in die mehreren dielektrischen Einheiten in einem Zustand eintritt, in dem eine andere Oberflächenseite des dielektrischen Substrats an einer dielektrischen Oberfläche befestigt ist.
Radarvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die dielektrischen Einheiten jeweils eine polygonale Pyramidenform oder eine konische Form aufweisen.
Radarvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die dielektrischen Einheiten jeweils eine viereckige Pyramidenform aufweisen, jede der dielektrischen Einheiten, die die Form einer viereckigen Pyramide aufweisen, eine Höhe von 0,1 bis 0,2 mal einer Wellenlänge einer Mittenfrequenz der Radarwelle aufweist, die von der Radarhaupteinheit ausgesendet wird, und die Seiten eines Bodens der viereckigen Pyramidenform jeweils eine Länge von 0,1 bis 0,2 mal der Wellenlänge aufweisen, das dielektrische Substrat eine Dicke aufweist, die das 0,5- bis 1,0-fache der Wellenlänge beträgt, und ein Absolutwert eines inneren Produkts aus einem Richtungsvektor einer Geraden, die eine Spitze der viereckigen Pyramidenform mit einem Mittelpunkt des Bodens verbindet, und einem Richtungsvektor der von der Radarhaupteinheit ausgesandten Radarwelle gleich oder kleiner als cos(30°) ist.
Radarvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei es einen Spalt zwischen der dielektrischen Oberfläche und dem dielektrischen Substrat in einem Zustand gibt, in dem das dielektrische Substrat an der dielektrischen Oberfläche befestigt ist.
Radarvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend: eine dielektrische Schicht mit einer Dielektrizitätskonstanten, die einen Wert zwischen einer Dielektrizitätskonstanten des dielektrischen Substrats und einer Dielektrizitätskonstanten der dielektrischen Oberfläche aufweist, wobei das dielektrische Substrat über die dielektrische Schicht an der dielektrischen Oberfläche anzubringen ist.
Radarvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das dielektrische Substrat eine Radarabdeckung ist, die eine offene Oberfläche für eine in der Radarhaupteinheit beinhaltete Antenne abdeckt.
Radarvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die dielektrischen Einheiten jeweils stufenweise vorstehen.
Radarvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die dielektrischen Einheiten jeweils in einer gekrümmten Form in einem Längsquerschnitt einer entsprechenden der dielektrischen Einheiten vorstehen.
Radarvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in jeder der mehreren dielektrischen Einheiten ein Richtungsvektor einer geraden Linie, die ein distales Ende und einen Mittelpunkt eines Bodens der vorstehenden Form verbindet, einer Ausrichtung der Radarwelle in der Radarhaupteinheit zugewandt ist.
Radarvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die dielektrischen Einheiten jeweils eine viereckige Pyramidenform aufweisen, deren Boden ein Parallelogramm ist, und die mehreren dielektrischen Einheiten in einer dreieckigen Anordnung auf der einen Oberfläche des dielektrischen Substrats angeordnet sind.