JP2000121729A

JP2000121729A - マルチビーム・レーダ装置

Info

Publication number: JP2000121729A
Application number: JP10288164A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Ishizaka; 宏幸石坂; Futoshi Kuroki; 太司黒木
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 1998-10-09
Filing date: 1998-10-09
Publication date: 2000-04-28

Abstract

(57)【要約】【課題】放射する電磁波の方向を機械部品を用いずに
切替えられるようにし、小型化をはかり故障の少ない均
一な製品を安価に製造できるようにする。【解決手段】複数ｎ個のアンテナ（Ａ１、Ａ２、……
Ａｎ）に接続されたサーキュレータ（Ｃ１、Ｃ２、……
Ｃｎ）それぞれに磁界を印加するコイル（Ｌ１、Ｌ２、
……Ｌｎ）を設け、このコイルに流れる電流方向を個別
に設けたスイッチ（Ｓ１、Ｓ２、……Ｓｎ）により切替
え、サーキュレータ（Ｃ１、Ｃ２、……Ｃｎ）の信号回
転方向を印加する磁界の方向により反転する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、放射される電磁波
の方向をスイッチにより切替えるマルチビーム・レーダ
装置の改良に関する。本発明は、自動車の車間距離測定
装置（もしくは警報装置）のために開発された装置であ
るが、これ以外にも広く利用することができる。

【０００２】

【従来の技術】車両の前方を走行する他の車両との間の
距離を正確に測定し、車両速度に応じて適正な車間距離
を維持することができるように警報を発生する装置、あ
るいは走行速度を自動調節するオートクルーズ装置が普
及している。このための装置として、路上で７０ＧＨｚ
帯のレーダ用電磁波を送信することが認められることに
なり、この周波数帯域を利用したミリ波帯域のレーダ装
置が実用化されている。このための実用的な装置とし
て、自動車の前バンパー内に装備できるように、幅３５
ｍｍ、奥行き３０ｍｍ、厚さ１０ｍｍ程度のケース内
に、アンテナおよび高周波回路を実装した装置を提供す
ることができるようになった。

【０００３】レーダ装置は一つのアンテナから放射する
電磁波ビームをできるだけ鋭く設定して、その送信波お
よび受信波の効率を高くしてその感度を高くすることが
必要である。一方、電磁波ビームを鋭く設定すると、先
行する車両がそのビーム範囲から外れてしまい、先行車
両との車間距離を正しく認識することができないことに
なる。一般に高速道路などでは、正しい車間距離警報を
発生するには、約１５０ｍ先を走行する車両を適正に識
別することが必要である。

【０００４】このため、鋭い電磁波ビームを放射するこ
とができるアンテナを装備しておき、そのアンテナを水
平面内で左右に機械的に振ることにより、感知できる領
域を拡大するための装置が知られている。また、これを
機械的に行うのではなく、電磁的にその電磁波ビームを
左右に振るための装置も知られている。さらに別の構造
として、水平面内で電磁波ビームの放射方向がわずかに
異なる複数のアンテナを装備しておき、その複数のアン
テナを切替えることにより、感知できる領域を拡大する
ための装置も知られている（特許第２７４８０６３号公
報、1998年５月６日発行）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記公報開示の従来例
装置では、高周波回路と複数のアンテナとの接続を切替
えるようになっているので、そのスイッチは可動部分を
有する複雑な機械構造となる。このため装置も大型にな
らざるを得ない。また、高周波回路に設けたスイッチは
信号の減衰量が大きくなることから、送信電力を増大す
るなどの配慮が必要となり装置が大型化する原因ともな
る。

【０００６】アンテナを１個または少数個として、アン
テナ自体を左右に振る構造のものも、相応の機械的な構
造を必要とし、信頼性を確保するために精密な加工が必
要である。このような構造の装置は、自動車に搭載する
には必ずしも適当な装置とならない。このような装置は
いずれも機械部品を伴い、部品点数が大きくなり高価に
なる。また、機械部品はその調整に大きい工数を必要と
して、均一な製品を安価に提供することにはならない。

【０００７】本発明はこのような背景に行われたもので
あって、機械的な可動部分のないマルチビーム・レーダ
装置を提供することを目的とする。本発明は、小型に構
成することができ、自動車に搭載するに好都合なマルチ
ビーム・レーダ装置を提供することを目的とする。本発
明は、装置が安定であり、故障が少ないマルチビーム・
レーダ装置を提供することを目的とする。本発明は、均
一な製品を安価に製造することができるマルチビーム・
レーダ装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、電磁波ビーム
の放射方向が水平面内でわずかに異なるように配置した
複数のアンテナそれぞれに、サーキュレータを接続し、
このサーキュレータに電磁石を用いて磁界を印加し、そ
の極性をスイッチにより切替え、サーキュレータの信号
回転方向を反転させ、アンテナからの電磁波ビームの放
射方向を順次切替えることを特徴とする。

【０００９】すなわち、本発明は、放射方向が異なる複
数ｎ個のアンテナ（Ａ１，Ａ２，・・・Ａｎ）と、この
ｎ個のアンテナがそれぞれそのアンテナ端子（ａ）に接
続されたｎ個のサーキュレータ（Ｃ１，Ｃ２，・・・Ｃ
ｎ）とを備え、この複数のサーキュレータは一つの出力
端子（ｏ）が次の入力端子（ｉ）に順次縦続に接続され
るとともに、最初のサーキュレータ（Ｃ１）の入力端子
（ｉ）には送信手段（Ｇ）の出力が接続され、最後のサ
ーキュレータ（Ｃｎ）の出力端子（ｏ）には受信手段
（Ｍ）の入力が接続されたマルチビーム・レーダ装置に
おいて、前記ｎ個のサーキュレータ（Ｃ１，Ｃ２，・・
・Ｃｎ）は印加される磁界の向きにより信号回転方向が
反転する構造であり、前記ｎ個のサーキュレータ（Ｃ
１，Ｃ２，・・・Ｃｎ）にはそれぞれ個別に設けられた
磁界を印加するためのコイル（Ｌ１，Ｌ２，・・・Ｌ
ｎ）と、このコイルに流れる電流方向を個別に切替える
スイッチ（Ｓ１，Ｓ２，・・・Ｓｎ）とを備えたことを
特徴とする。

【００１０】前記スイッチは半導体スイッチを用いるこ
とが適当である。半導体スイッチは機械的な可動部分が
なく、この種の装置に適合する。

【００１１】前記複数ｎは５であり、この５個のアンテ
ナ（Ａ１〜Ａ５）はその放射方向がいずれも一つの水平
面内にあり、かつ、その５個のアンテナの放射方向が順
に角度αづつ異なるように配置され、前記サーキュレー
タは、５個のうち１個づつその信号回転方向が入力端子
（ｏ）からアンテナ端子（ａ）、アンテナ端子（ａ）か
ら出力端子（ｏ）となり、他の４個はその信号回転方向
が入力端子（ｉ）から出力端子（ｏ）となるように前記
スイッチが順次設定されることが望ましい。

【００１２】送信手段（Ｇ）から周波数変調されたレー
ダ信号（例えば７７ＧＨｚ）が送信されると、このレー
ダ信号は第一のサーキュレータ（Ｃ１）の入力端子
（ｉ）に与えられる。この第一のサーキュレータ（Ｃ
１）の近傍に設けたコイル（Ｌ１）に電流を供給するス
イッチ（Ｓ１）がプラス側にあれば、コイル（Ｌ１）に
はプラスの電圧が印加され、サーキュレータ（Ｃ１）の
信号回転方向は時計まわりとなる。

【００１３】したがってレーダ信号はアンテナ端子
（ａ）からアンテナ（Ａ１）に達し空間に放射される。
空間に放射されたレーダ信号は先行する自動車などの目
標物に当たって反射し、アンテナ（Ａ１）に戻される。
この反射したレーダ信号はサーキュレータ（Ｃ１）内で
時計まわりに伝搬し出力端子（ｏ）に達する。

【００１４】このとき他のスイッチ（Ｓ２、Ｓ３、……
Ｓｎ）はすべてマイナス側にあって、コイル（Ｌ２、Ｌ
３、……Ｌｎ）にはマイナスの電圧が印加されているの
で、サーキュレータ（Ｃ２、Ｃ３、……Ｃｎ）の信号回
転方向は反時計回りとなる。したがってサーキュレータ
（Ｃ２）の入力端子（ｉ）に与えられたレーダ信号はそ
のまま出力端子（ｏ）から次のサーキュレータ（Ｃ３）
の入力端子（ｉ）に与えられ、以降同様に各サーキュレ
ータ内を時計まわりに伝搬し、最後にサーキュレータ
（ｎ）の出力端子（ｏ）から受信手段（Ｍ）に到達す
る。

【００１５】スイッチ（Ｓ１、Ｓ２、……Ｓｎ）の切替
えはあらかじめ設定された周期で一つのスイッチだけを
順次プラス側にする切替制御信号にしたがって行われ
る。この電流方向を切替えるスイッチに半導体スイッチ
を用いることにより、無接点での切替えを行うことがで
き、かつオンまたはオフの制御信号を与える操作でスイ
ッチの切替えを容易に行うことができる。

【００１６】本発明によるマルチビーム・レーダ装置を
自動車の車間距離測定装置もしくは警報装置として実装
する場合には、３個以上のアンテナ（Ａ１〜Ａｎ）を実
装することが望ましい。このｎ個のアンテナ（Ａ１〜Ａ
ｎ）はレーダ信号を放射する方向がいずれも一つの水平
面内にあるように配列し、かつそれぞれのアンテナ（Ａ
１〜Ａｎ）から放射される電磁波ビームがその平面内で
順次連続するようにあらかじめ設定された角度αづつ異
なる位置に配置する。

【００１７】この構成の場合には、サーキュレータのｎ
個のうちの１個のみを信号回転方向が入力端子（ｏ）か
らアンテナ端子（ａ）、アンテナ端子（ａ）から出力端
子（ｏ）となり、他の４個のサーキュレータは信号回転
方向が入力端子（ｉ）から出力端子（ｏ）になるスイッ
チング動作が順次行われるように制御プログラムを設定
する。これにより、車両前方に視認される走行車線の全
幅に向けて繰返し電磁波ビームを放射することができ
る。

【００１８】このような構成にすることにより、電磁波
ビームを放射するアンテナを左右に振るための機械的な
可動部品は不要となり装置を小型に構成することができ
る。さらに、機械的可動部品がなくなることにより、故
障の発生を少なくすることができ、信頼性の高い均一な
製品を安価に製造することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】

【００２０】

【実施例】次に、本発明実施例装置を図面に基づいて説
明する。図１は本発明実施例装置の要部の構成を示す
図、図２は本発明実施例装置にかかわる車間距離警報装
置の全体構成を示すブロック図である。本実施例は説明
をわかり易くするためにアンテナを３個備えた装置を例
に説明する。

【００２１】本発明実施例装置は、アンテナ回路１と、
スイッチ回路２とが備えられ、アンテナ回路１には、放
射方向が異なる３個のアンテナＡ１、Ａ２、Ａ３と、こ
の３個のアンテナＡ１、Ａ２、Ａ３にそれぞれのアンテ
ナ端子ａを介して接続された３個のサーキュレータＣ
１、Ｃ２、Ｃ３とが備えられる。この３個のサーキュレ
ータＣ１、Ｃ２、Ｃ３は一つの出力端子ｏが次の入力端
子ｉに順次縦続に接続されるとともに、最初のサーキュ
レータＣ１の入力端子ｉには送信手段Ｇの出力が接続さ
れ、最後のサーキュレータＣ３の出力端子ｏには受信手
段Ｍの入力が接続される。

【００２２】さらに、本発明の特徴として、３個のサー
キュレータＣ１、Ｃ２、Ｃ３は印加される磁界の向きに
より信号回転方向が反転する構造に形成され、この３個
のサーキュレータＣ１、Ｃ２、Ｃ３には、それぞれ個別
に磁界を印加するコイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３と、このコイ
ルＬ１、Ｌ２、Ｌ３に流れる電流方向を個別に切替える
スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３とが備えられる。

【００２３】スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３は図面では機械
構造のスイッチで表示するが、実際には半導体スイッチ
が用いられる。３個のアンテナＡ１、Ａ２、Ａ３はその
反射方向がいずれも一つの水平面内にあり、かつその３
個のアンテナＡ１、Ａ２、Ａ３のうちのＡ２の放射方向
に対して他のアンテナＡ１、Ａ２の放射方向がそれぞれ
−αおよび＋αだけ異なる角度で配置される。

【００２４】スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３の切替えは、サ
ーキュレータＣ１、Ｃ２、Ｃ３の３個のうち１個のみそ
の信号回転方向が入力端子ｉからアンテナ端子ａ、アン
テナ端子ａから出力端子ｏとなり、他の２個の信号回転
方向は入力端子ｉから出力端子ｏとなるように設定され
る。

【００２５】受信手段Ｍはミキサを含み、このミキサに
は、送信手段Ｇの出力に設けられた方向性結合器Ｄから
分岐された高周波信号の一部が加えられ、受信信号と混
合することにより、その差信号が中間周波数信号として
出力端子ＩＦから出力される。

【００２６】このように構成された本発明実施例装置
は、図２に示すように、その出力端子ＩＦに検波器３が
接続され、この検波器３からの出力が車間距離警報制御
回路４に接続される。この車間距離警報制御回路４から
はスイッチ回路２および送信手段Ｇに制御信号が出力さ
れ、警報を表示する警報表示装置５に警報信号が出力さ
れる。

【００２７】図３（ａ）は本発明実施例装置のサーキュ
レータの構造を説明する部分平面図、（ｂ）はその部分
側面図である。

【００２８】サーキュレータＣ１、Ｃ２、Ｃ３は、空隙
１１を挟んで対向する２枚のフェライト板１２と、空隙
１１の三方から突出するように配置された導波路１３
と、コイルＬ１、Ｌ２、ｌ３によりそれぞれ励磁され２
枚のフェライト板１２の外側から空隙１１に磁界を印加
する電磁石１４とにより構成される。この電磁石１４は
スイッチ回路２の切替えにともなって印加されるプラス
またはマイナスの電圧によりＮＳ方向が逆転し、これに
よりこのサーキュレータを通過する信号の回転方向が設
定される。

【００２９】三つの導波路１３のうちの一つはアンテナ
端子ａに接続され、他の二つは入力端子ｉおよび出力端
子ｏにそれぞれ接続される。フェライト板１２はこの実
施例では直径３ｍｍ程度、厚さ１ｍｍ程度に形成され
た。

【００３０】図４は本発明実施例装置の実装構造の一例
を示す斜視図である。このように本発明実施例装置は幅
３５ｍｍ、奥行き３０ｍｍ、厚さ１０ｍｍ程度のケース
内に実装され、自動車の前バンパー内に装備される。図
５は本発明実施例装置を装備した車両による電磁波ビー
ムの放射状態を示したものである。

【００３１】次に、このように構成された本発明実施例
装置による電磁波ビームの放射動作について説明する。

【００３２】スイッチ回路２のスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ
３のそれぞれには車間距離警報制御回路４からスイッチ
切替えの制御信号が送出され、各スイッチＳ１、Ｓ２、
Ｓ３はその制御信号にしたがって切替え動作を行う。図
６はそのスイッチ切替えタイミングチャートの一例を示
したもので、三つのスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３は周期ｔ
（例えば数十ミリセカンド）でΔｔ（例えば数ミリセカ
ンド）のオン操作を行う。その切替えはＳ１−Ｓ２−Ｓ
３、Ｓ３−Ｓ２−Ｓ１の順で行われる。

【００３３】ここで、送信手段Ｇが車間距離警報制御回
路４の制御にしたがって周波数変調した例えば７７ＧＨ
ｚのレーダ信号を送信すると、このレーダ信号は第一の
サーキュレータＣ１の入力端子ｉに与えられる。サーキ
ュレータＣ１、Ｃ２、Ｃ３の近傍に設けられたコイルＬ
１、Ｌ２、Ｌ３にはスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３の切替え
にともなってプラスまたはマイナスの電圧が印加され
る。

【００３４】このとき、第一のサーキュレータＣ１に設
けられたコイルＬ１にマイナスの電圧が印加されていた
とすると、そのレーダ信号の回転方向は図１および図７
の矢印で示すように反時計まわりとなる。したがって、
その信号はそのまま出力端子ｏから第二のサーキュレー
タＣ２の入力端子ｉに導入される。

【００３５】第二のサーキュレータＣ２の近傍に設けら
れたコイルＬ２にはプラスの電圧が印加されているとす
ると、その信号回転方向は図１および図７に矢印で示す
ように時計まわりになる。したがって導入されたレーダ
信号は端子ａからアンテナＡ２に達し車両前方の空間に
放射される。空間に放射されたレーダ信号は先行車両に
当たって反射し、その反射波がアンテナＡ２に戻され
る。戻された反射波はサーキュレータＣ２の中で時計ま
わりに伝搬し出力端子ｏから第三のサーキュレータＣ３
の入力端子ｉに導入される。

【００３６】第三のサーキュレータＣ３の近傍に設けら
れたコイルＬ３にはマイナスの電圧が印加されているの
で、その回転方向は第一のサーキュレータＣ１同様に反
時計まわりとなる。したがって導入されたレーダ信号は
そのまま出力端子ｏから受信手段Ｍに達する。

【００３７】受信手段Ｍはこの入力信号に方向性結合器
Ｄから分岐された高周波信号の一部を加えて混合し、そ
の差信号を中間周波数信号として出力端子ＩＦから検波
器３を経由して車間距離警報制御回路４に送出する。車
間距離警報制御回路４はこの中間周波数信号に変調され
たビート周波数を観測することにより、アンテナＡ２か
ら先行車両までの距離を演算する。

【００３８】上記実施例装置はアンテナの数ｎが３であ
るとして説明したが、試験の結果、実用的にはｎ＝５程
度が適当である。一つのアンテナのビームをさらに鋭く
設定して、この数ｎをさらに大きくすることにより、長
い距離にわたって正確な識別を行うことができる装置が
得られる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、複
数のアンテナからの電磁波ビームを放射して前方を走査
するための機械的な可動部品が不要となり、装置を小型
化することができる。さらに、これにともなって故障の
発生を少なくすることができ、信頼性の高い均一な製品
を安価に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例装置の要部の構成を示す図。

【図２】本発明実施例装置にかかわる車間距離警報装置
の全体構成を示すブロック図。

【図３】（ａ）は本発明実施例装置のサーキュレータの
構造を説明する部分平面図、（ｂ）はその部分側面図。

【図４】本発明実施例装置の実装構造の一例を示す斜視
図。

【図５】本発明実施例装置を装備した車両による電磁波
ビームの放射状態を示す平面図。

【図６】本発明実施例装置のスイッチ切替えタイミング
チャートの一例を示す図。

【図７】本発明実施例装置のサーキュレータによる電磁
波ビーム放射動作を説明する図。

【符号の説明】

１アンテナ回路２スイッチ回路３検波器４車間距離警報制御回路５警報表示装置１１空隙１２フェライト板１３導波路１４電磁石Ａ１、Ａ２、Ａ３アンテナＣ１、Ｃ２、Ｃ３サーキュレータＤ方向性結合器Ｇ送信手段ＩＦ、ｏ出力端子Ｍ受信手段Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３コイルＳ１、Ｓ２、Ｓ３スイッチａアンテナ端子ｉ入力端子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】放射方向が異なる複数ｎ個のアンテナ
（Ａ１，Ａ２，・・・Ａｎ）と、このｎ個のアンテナが
それぞれそのアンテナ端子（ａ）に接続されたｎ個のサ
ーキュレータ（Ｃ１，Ｃ２，・・・Ｃｎ）とを備え、こ
の複数のサーキュレータは一つの出力端子（ｏ）が次の
入力端子（ｉ）に順次縦続に接続されるとともに、最初
のサーキュレータ（Ｃ１）の入力端子（ｉ）には送信手
段（Ｇ）の出力が接続され、最後のサーキュレータ（Ｃ
ｎ）の出力端子（ｏ）には受信手段（Ｍ）の入力が接続
されたマルチビーム・レーダ装置において、前記ｎ個のサーキュレータ（Ｃ１，Ｃ２，・・・Ｃｎ）
は印加される磁界の向きにより信号回転方向が反転する
構造であり、前記ｎ個のサーキュレータ（Ｃ１，Ｃ２，・・・Ｃｎ）
にはそれぞれ個別に設けられた磁界を印加するためのコ
イル（Ｌ１，Ｌ２，・・・Ｌｎ）と、このコイルに流れ
る電流方向を個別に切替えるスイッチ（Ｓ１，Ｓ２，・
・・Ｓｎ）とを備えたことを特徴とするマルチビーム・
レーダ装置。
【請求項２】前記スイッチは半導体スイッチである請
求項１記載のマルチビーム・レーダ装置。
【請求項３】ｎは２以上であり、このｎ個のアンテナ
（Ａ１〜Ａｎ）はその放射方向がいずれも一つの水平面
内にあり、かつ、そのｎ個のアンテナの放射方向が順に
角度αづつ異なるように配置され、前記サーキュレータは、ｎ個のうち１個づつその信号回
転方向が入力端子（ｏ）からアンテナ端子（ａ）、アン
テナ端子（ａ）から出力端子（ｏ）となり、他の４個は
その信号回転方向が入力端子（ｉ）から出力端子（ｏ）
となるように前記スイッチが順次設定される請求項２記
載のマルチビーム・レーダ装置。