JP2004077399A - ミリ波レーダ - Google Patents

Abstract

【課題】車両の自動運転や衝突防止を目的として用いられているミリ波レーダにおいて、送信電波のサイドローブが、周囲の物体で反射され、その反射波を受信してしまうことにより、不必要な物体まで検知されてしまう問題を解決する。
【解決手段】レドーム内面の一部に、レドームよりも誘電損失の大きい層、または磁気損失層とメッシュ状の導電体層を埋め込むことにより、軽量かつ耐候性に優れ、安価で検知性能に優れたミリ波レーダを提供することができる。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車に取り付けられるミリ波レーダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両の自動運転や衝突防止を目的としてミリ波レーダが用いられる。ミリ波レーダとは、ミリ波の電波を所望の方向に送信し、その反射を受信し、予め障害となりうる物体を検知するというものである。一方で、ミリ波レーダには送信電波のサイドローブが周囲の物体で反射されることにより不必要な物体まで感知してしまうという問題が生じている。その対策としてアンテナユニット内の送受信アンテナ面の周囲に金属板或いは吸収体を送受信アンテナ表面より突出させて取り付け、サイドローブを低減する技術が、特開平１０−１２６１４６号公報等に記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平１０−１２６１４６号公報に記載されている技術では、送受信アンテナの周囲に取り付けられる金属板あるいは吸収体がレドームと分離した構造をとるため、アンテナユニットの構造や製造工程が複雑となり、金属板あるいは吸収体自身にある程度の強度を持たせなくてはならないため、これら自身をある程度厚くしなければならないが、重量が増加してしまうという問題がある。更には直接、金属板あるいは吸収体が風雨に曝されることとなるため、耐候性には未だ課題を有しているといえる。
【０００４】
以上本発明の目的は、軽量かつ耐候性に優れ、安価で検知性能に優れたミリ波レーダを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、送受信アンテナを有するアンテナベースと、アンテナベースを固定するハウジングと、アンテナベースを覆うレドームと、を備えたミリ波レーダであって、レドームと電波吸収層とが一体形成されていることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施態様の例について図を用いて説明する。
【０００７】
（実施例１）
図１はミリ波レーダの断面図を示す。図１のミリ波レーダは、レドーム２と、送受信アンテナが組み込まれたアンテナベース３と、制御回路６と、ＲＦモジュール５と、アンテナベース３を固定し、制御回路６，ＲＦモジュールを収納するハウジング４と、を有して構成されている。図１における符号７は送信アンテナから送信される送信電波のメインビームの様子を、符号８は送信アンテナから送信される送信電波のサイドローブの様子を、それぞれ説明のためわかりやすく概念として記載したものである。なお、本明細書における送受信アンテナとは、送受信が可能となるよう構成されたアンテナ配置を意味し、送信アンテナと受信アンテナとを離して配置した場合であっても当然に本明細書にいう送受信アンテナという用語に含まれるものとする。
【０００８】
図１において、ＲＦモジュール５，制御回路６はハウジング４に収納されており、アンテナベース３の前方全面には、アンテナ面を石はねや雨等から保護するためのレドーム２が取り付けられている。
【０００９】
レドームは、電波を反射あるいは吸収させることなく、透過させる材質であることが必要であり、比誘電率が小さく、誘電損失が小さいものが選ばれる。具体的には、７６．５ＧＨｚ　での比誘電率が３．０　以下、誘電正接が、０．００３　以下の材質が好ましい。また同時に耐薬品性，機械的強度，コスト，加工性などの面からも優れたものであることが望ましい。
【００１０】
一般に、ミリ波レーダは車両内部に設置されるが、図１に示すように、送信アンテナから送信される電波のサイドローブ８がレドーム側面部を透過して周囲の車両を構成する部材に反射し、その反射波が再びレドーム内に入射し、受信アンテナで受信されてしまい不必要な物体まで検知されてしまうおそれがある。
【００１１】
図２は、本実施例に係るミリ波レーダの断面図である。図２におけるミリ波レーダ装置ではレドーム２の側面部の一部にレドームよりも誘電損失の大きい層または磁気損失層９（電波吸収層）を配置することで送信アンテナから送信されるサイドローブを吸収し、透過波を低減させている。この構成により、サイドローブを吸収する手段自体に強度を求めることなくサイドローブの吸収に必要な厚さのみで設計可能であり、重量増加の問題を回避できる。さらに、本実施例のミリ波レーダではレドームの一部にサイドローブを吸収する手段を設けているためアンテナユニット（アンテナ及びその周辺部材）の構造や製造工程を増加させることなくサイドローブを吸収できるだけでなく、直接風雨に曝されることもない。また、別の見方をすれば、サイドローブの吸収手段（電波吸収層）がレドームと一体形成されているため、サイドローブの吸収手段とアンテナベースの配置あわせも容易となる。
【００１２】
これにより軽量かつ耐候性に優れ、安価で検知性能に優れたミリ波レーダを実現できる。
【００１３】
（実施例２）
本実施例に係るミリ波レーダの断面図を図３に示す。本実施例に係るミリ波レーダと実施例１に係るミリ波レーダとの違いは、サイドローブの吸収手段としてのレドームよりも誘電損失の大きい層または磁気損失層９を配置し、さらにその外側に導電体層１０を配置した点にある。このような構成をとることにより、送信電波のレドーム内側面での反射を抑制したまま、レドーム外部への透過波を完全になくすことができる。このような構成は、反射体で裏打ちされた整合型電波吸収体の構成であり、吸収メカニズムとしては、表面反射波と電波吸収体中での多重反射波との臨界結合による多重反射効果と、電波吸収体中での誘電損失あるいは磁気損失による減衰効果が挙げられる。
【００１４】
一般的に、垂直入射波に対しては以下の数式で電波のリターンロス（Ｒ．Ｌ．：リターンロス（ｄＢ））が表され、所望のリターンロスを得るための電波吸収層の複素比誘電率，複素比透磁率および厚さが一義的に決まる。
【００１５】
【数１】
Ｒ．Ｌ．＝−２０ｌｏｇ｜Ｚ_ｉｎ−１／Ｚ_ｉｎ＋１｜　　　　　　　　　　　…（１）
ここで、Ｚ_ｉｎ：吸収体の特性インピーダンスである。
【００１６】
【数２】
Ｚ_ｉｎ＝（μ_ｒ／ε_ｒ）^０．５ｔａｎｈ｛ｊ２πｆｔ（μ_ｒε_ｒ）^０．５｝　　　　　…（２）
ここで、ε_ｒ　：複素比誘電率（ε_ｒ　＝ε′＋ｊε″）、μ_ｒ　：複素比透磁率
（μ_ｒ　＝μ′＋ｊμ″）、ｆ：周波数（Ｈｚ）、ｔ：吸収体の厚さ（ｍ）である。
【００１７】
レドームよりも誘電損失の大きい層としてはカーボン材料が、磁気損失層としては六方晶フェライトをこれよりも高電気抵抗率を有する物質に分散させたものが好適である。またレドームよりも誘電損失の大きい層の誘電正接は７６．５ＧＨｚで０．００３　以上のものが好ましい。なお、高電気抵抗を有する物質がゴムや樹脂などの絶縁性高分子材料である場合、フィラーの分散性を考慮すると六方晶フェライトよりもカーボン系材料の方がより好ましい。またカーボン系材料としてはカーボンナノチューブ，カーボンマイクロコイル，シュンガイトカーボン，カーボンブラック，膨張黒鉛，カーボンファイバーのうちの少なくとも一つから選ばれることが好ましく、電波吸収特性の点を考慮するとカーボンナノチューブ，シュンガイトカーボン，膨張黒鉛がより好ましい。さらに、六方晶フェライトとしては、ＢａＦｅ_１２Ｏ_１９やＳｒＦｅ_１２Ｏ_１９などのＭ型六方晶フェライトのＦｅの一部をＴｉ，Ｍｎ，Ａｌ等で置換したものが好適である。また、高電気抵抗率を有する物質は、レドームと同一材質であってもよく、この場合、製造上、好都合である。
【００１８】
導電体層としては導電率の高い材料なら特に限定されるものではなく、金属材料，カーボン材料またはこれらの材質のフィラーを高分子材料に高充填化したもの等が挙げられる。また軽量化，樹脂との密着性の観点から、メッシュ状のものを用いることがより好ましい。加えて電波の波長をλとした場合、メッシュの大きさをλ／４以下にすればメッシュの間から電波は透過できなくなり、反射体として十分機能することができる。なお導電体層もレドームの一部として形成されているため、自身の強度を考慮して必要以上に厚くする必要がなく、軽量化が計れ、アンテナユニットの作成も容易となるという利点がある。
【００１９】
（実施例３）
本実施例に係るミリ波レーダの断面図を図４に示す。本実施例はレドームよりも誘電損失の大きい層または磁気損失層９側から導電体層１０方向（レドーム内側から外側）に、レドームよりも誘電損失の大きい層または磁気損失層９の送信電波に対するインピーダンスが徐々に減少するように勾配を設けたものであり、具体的にはインピーダンスの異なる層を多層化させたものである。この構成により、レドーム内側面に対して斜めに入射する送信アンテナから送信される電波
（斜め入射波）に対する電波吸収特性を向上させることができる。
【００２０】
なおこの場合、レドームよりも誘電損失の大きい層または磁気損失層９の導電体層側の最表面層が十分な導電性を有する場合には、導電体層を省略することができる。具体的には、レドームよりも誘電損失の大きい層または磁気損失層の複素比誘電率あるいは複素比透磁率を電波入射面側から導電体層１０側にいくに従い、徐々に増加させれば良く、そのためには、カーボン系材料あるいは六方晶フェライトのこれらよりも高電気抵抗率を有する物質に対する充填量を序々に増加させればよい。
【００２１】
（実施例４）
本実施例に係るミリ波レーダの断面図を図５（ａ），（ｂ）に示す。
【００２２】
本実施例に係るミリ波レーダは、レドームよりも誘電損失の大きい層または磁気損失層９の表面に凹凸を形成させている。これにより、斜め入射波に対する電波吸収特性を向上させることができる。なお本実施例の形態は、実施例１で示すように、導電体層を省略する態様も考えられる。
【００２３】
（実施例５）
本実施例に係るミリ波レーダの断面図を図６に示す。
【００２４】
本実施例に係るミリ波レーダは、レドームよりも誘電損失の大きい層または磁気損失層９と導電体層１０をアンテナベース３の法線方向に対して、角度θだけ傾斜させている。これにより斜め入射波に対する電波吸収特性を向上させることができる。なお本実施例の形態は、実施例１で示すように、導電体層を省略する態様も考えられる。
【００２５】
（実施例６）
本実施例に係るミリ波レーダの断面図を図７に示す。
【００２６】
本実施例に係るミリ波レーダはレドーム側面部もアンテナベース３の面の法線方向に対して、角度θだけ傾斜させたものである。このような形状とすることにより、斜め入射特性を向上させることができるだけでなく、レドーム側面部の厚さを一定の厚さにすることができるため厚さムラによるレドーム自身の強度ムラも抑えることができる。なおこれらレドームよりも誘電損失の大きい層または磁気損失層９を有するレドームの製造も容易となる。なお本実施例におけるミリ波レーダでは、アンテナベース３における送受信アンテナから発せられるメインビーム量を確保するため、上記層がアンテナベースを覆ってしまわないようにすることは有用である。これは、レドームの側面部が傾斜しており、かつ、レドームの正面部がアンテナベース３よりも広い面積を有している場合であり、これにより、メインビーム量をより多く確保できるといえる。
【００２７】
（実施例７）
本実施例に係るミリ波レーダの断面図を図８に示す。
【００２８】
本実施例に係るミリ波レーダはレドームよりも誘電損失の大きい層または磁気損失層９を柔軟性のある材質で形成し、レドーム２のハウジング４との合せ目の部分まで配置すれば、レドーム内およびハウジング内の密閉性を確保するために用いていたパッキングの代用にもなることから、パッキングを挿入する製造工程を省略することができる。
【００２９】
（実施例８）
本実施例は、本発明に係るミリ波レーダの作成方法について説明する。
【００３０】
レドームよりも誘電損失の大きい層または磁気損失層と導電体層をレドーム内側面に形成する方法としては、シート状に成型したものを接着剤等でレドーム内側面に貼り付けるか、あるいは塗料化したものを塗布する等の方法が挙げられる。レドームの厚さを維持したい場合は上記のレドーム内側面に貼り付ける若しくは塗布する方法が有用ではあるが、製造性および製造コストの観点から、射出成型法等でレドームよりも誘電損失の大きい層、または磁気損失層と導電体層を一体成型する方法がより好ましい。
【００３１】
図９に、射出成型によりレドームを一体成型する方法を示す。
【００３２】
レドーム本体を射出成型により形成した後、導電体層１０を形成する。導電体層１０を形成する方法としては、導電性層１０をレドーム内側面にそのままインサートするか、あるいは、めっき，イオンプレーティング，蒸着などで形成してもよい。その後、レドーム本体よりも誘電損失の大きい層または磁気損失層９を射出成型により形成し、一体成型する。なお、導電体層１０を省略する場合は、そのままその工程を省略することで対応可能である。
【００３３】
そして、上記工程によりレドームを作成した後、別途作成したアンテナベース，制御回路を収納するハウジングと合わせ、ネジ止め等の固定作業を行い、ミリ波レーダを完成させる。これにより、アンテナベースの構造や製造工程を複雑とすることなく、各層を一体成型することができ、アンテナベースと電波吸収層との位置合わせが容易で、安価で耐候性に優れたミリ波レーダを提供することができる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、軽量かつ耐候性に優れ、安価で検知性能に優れたミリ波レーダを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ミリ波レーダの断面図および送信アンテナから放射されるサイドローブの説明図。
【図２】実施例１に係るミリ波レーダの断面図。
【図３】実施例２に係るミリ波レーダの断面図。
【図４】実施例３に係るミリ波レーダの断面図。
【図５】実施例４に係るミリ波レーダの断面図。
【図６】実施例５に係るミリ波レーダの断面図。
【図７】実施例６に係るミリ波レーダの断面図。
【図８】実施例７に係るミリ波レーダの断面図。
【図９】レドームの製造方法を示す図。
【符号の説明】
１…ミリ波レーダ、２…レドーム、３…アンテナベース、４…ハウジング、５…ＲＦモジュール、６…制御回路、７…送信電波のメインビーム、８…送信電波のサイドローブ、９…レドームよりも誘電損失の大きい層、または磁気損失層、１０…導電体層。

Claims (19)

1. 送受信アンテナを有するアンテナベースと、
   前記アンテナベースを固定するハウジングと、
   前記アンテナベースを覆うレドームと、を備えたミリ波レーダであって、
   前記レドームの内側面に電波吸収層が設けられていることを特徴とするミリ波レーダ。
2. 前記電波吸収層はレドームよりも誘電損失の大きな層、若しくは磁気損失層であることを特徴とする請求項１記載のミリ波レーダ。
3. 前記電波吸収層の外側に導電体層が設けられていることを特徴とする請求項１記載のミリ波レーダ。
4. 前記電波吸収層は、前記レドーム内側から外側にかけてインピーダンスの勾配を有することを特徴とする請求項１記載のミリ波レーダ。
5. 前記電波吸収層は、複数の電波吸収層で構成され、前記各層におけるインピーダンスは、前記レドーム内側から外側にかけて低くなっていることを特徴とする請求項１記載のミリ波レーダ。
6. 前記電波吸収層の表面には凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１記載のミリ波レーダ。
7. 前記電波吸収層は前記アンテナベースの面の法線方向に対して傾けて配置されていることを特徴とする請求項１記載のミリ波レーダ。
8. 前記電波吸収層及び該電波吸収層が設けられたレドームの側面部は、前記アンテナベースの面の法線方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項１記載のミリ波レーダ。
9. 前記レドームの正面部は前記アンテナベースの面積以上の面積を有していることを特徴とする請求項８記載のミリ波レーダ。
10. 前記導電体層がメッシュであることを特徴とする請求項３記載のミリ波レーダ。
11. 前記電波吸収層は、レドームの少なくとも一部に埋め込まれたことを特徴とする請求項３記載のミリ波レーダ。
12. 前記電波吸収層は、カーボンナノチューブ，カーボンマイクロコイル，シュンガイトカーボン，カーボンブラック，膨張黒鉛，カーボンファイバーのうちの少なくとも一つから選ばれる材料を有することを特徴とする請求項１記載のミリ波レーダ。
13. 前記電波吸収層は、六方晶フェライトから構成されることを特徴とする請求項１記載のミリ波レーダ。
14. 前記電波吸収層は、カーボン材料または六方晶フェライトのうちの少なくとも一つと、前記カーボン材料或いは前記六方晶フェライトよりも高電気抵抗率を有する物質とを有して構成されることを特徴とする請求項１記載のミリ波レーダ。
15. 前記高電気抵抗率を有する物質は、ゴム，絶縁性高分子材料及び絶縁性無機材料の何れか一つから選ばれることを特徴とする請求項１４記載のミリ波レーダ。
16. 前記電波吸収層は、前記レドーム内側から外側に行くに従い、特性インピーダンスが徐々に低くなるように、前記高電気抵抗率を有する物質に対する前記カーボン材料或いは前記六方晶フェライトの含有量を変化させたことを特徴とする請求項１記載のミリ波レーダ。
17. 送受信アンテナを有するアンテナベースと、
    前記アンテナベースを固定するハウジングと、
    前記アンテナベースを覆うレドームと、を備えたミリ波レーダであって、
    前記レドームと電波吸収層とが一体形成されていることを特徴とするミリ波レーダ。
18. レドーム本体を射出成形し、レドーム本体の内側面に電波吸収層を射出成形してレドームを作成する工程と、
    アンテナベース，制御回路を収納するハウジングと合わせて固定する工程と、を有するミリ波レーダの製造方法。
19. 前記レドームを作成する工程は、
    レドーム本体を射出成形し、前記レドーム本体の内側面に導電体層を形成し、前記導電体層にさらに電波吸収層を形成する工程であることを特徴とする請求項１８記載のミリ波レーダの製造法。

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