JP2004125746A - レーダ用ホーンアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】レーダ用ホーンアンテナにおいて、グランドクラッタ等の特定の角度範囲からの不要なエコーを低減または除去すること。
【解決手段】ケーシング内に収容され、レドームで覆われたホーンアンテナ８の管軸方向における開き角度を上記管軸に対して非対称とすることにより、上記ホーンアンテナの放射パターンにおける最大放射方向を正面方向から異なる方向へ偏移させ、かつ／または特定角度範囲の利得を抑制するようにしたことを特徴とするレーダ用ホーンアンテナ。
【選択図】　　　　図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術的分野】
この発明はレーダ用ホーンアンテナ、特に車両に搭載して物体を検知するレーダ用ホーンアンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、車両の自動運転や衝突防止を目的として用いられる車載レーダにおいて、その送受信アンテナの放射パターン及びレーダアンテナの車両への取り付け状況によっては、路面からの電波の反射を受信するいわゆるグランドクラッタの影響により、ターゲットからのエコーを検出しにくくなるといった問題があった。
【０００３】
このような車載レーダにおけるグランドクラッタ対策が特許文献１で提案されている。これによれば、電波を送受信するレーダアンテナは、このレーダアンテナを固定するためのケーシングの中に収納されており、さらに石はねや雨雪等からレーダアンテナを保護するためのレドーム（カバー）がレーダアンテナの前面に取り付けられている。このように構成されるレーダセンサは金属ブラケットにより車両に固定される。そして金属ブラケットの下部に、レーダセンサの下部から前方に突出する遮蔽部材を設けており、その遮蔽部材によりレーダアンテナから放射されるサイドローブを反射・減衰させ、サイドローブによるグランドクラッタ低減を実現している。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２０１５５７号公報（段落番号［０００７］、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の従来の構成では、レーダが全体として大型化・重量化してしまう上に、レーダアンテナの前方下部に突出した遮蔽部材により反射した電波が所望の放射パターンを乱してしまうという影響も無視できない。この発明はこのような問題点を除去するためになされたものであり、下方向からのエコーを低減・除去できる小型・軽量なレーダ用ホーンアンテナを提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るレーダ用ホーンアンテナは、ホーンアンテナの管軸方向におけるホーン部の開き角度を上記管軸に対して非対称とすることにより、上記ホーンアンテナの放射パターンにおける最大放射方向を正面方向から異なる方向へ偏移させ、かつ／または特定角度範囲の利得を抑制するようにしたことを特徴とするものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るホーンアンテナを採用したレーダセンサを示す一部断面斜視図である。図１において、この発明に係るホーンアンテナ８は車両に固定されるケーシング９の内部に収納されており、ホーンアンテナ８の前面には、ホーンアンテナ８の開口部を覆い、ホーンアンテナ８を石はねや雨雪等から保護するためのレドーム（カバー）１０が設置されている。
【０００８】
図２はホーンアンテナ８の構造を示す斜視図であり、ホーンアンテナ８は電波を空間へ放射するためのホーン部１６とホーン部１６へ電波を給電するための導波管部１５で構成され、図１におけるレーダセンサ７から導波管部１５へ電波が給電される。導波管部１５はＸ軸方向の導波管径がｈａであり、Ｙ軸方向の導波管径がｈｂであるような矩形の断面形状を有している。
【０００９】
ホーン部１６は導波管径ｈａ、ｈｂをＸ軸方向の開口径ａとＹ軸方向の開口径ｂへそれぞれ線形に広げる管軸長ｈｅの角錐形状を有している。ホーン部１６のＸ軸方向の開口径ａは、導波管径ｈａを中心として＋Ｘ方向にａ＋、−Ｘ方向にａ−の寸法へ広がる開口形状を有しており、ａ＋≠ａ−の場合、開口はＸ軸方向に非対称な形状をとることになる。
【００１０】
ホーン部１６のＹ軸方向の開口径ｂは、導波管径ｈｂを中心として＋Ｙ方向にｂ＋、−Ｙ方向にｂ−の寸法へ広がる開口形状を有しており、ｂ＋≠ｂ−の場合、開口はＹ軸方向に非対称な形状をとることになる。
【００１１】
図２において、電波はＸ軸方向へ励振される電界の形でレーダセンサ７から導波管部１５へ給電され、ホーン部１６を介して自由空間へ放射される。このため、ホーン部１６から自由空間へ放射される電波は直線偏波となる。
【００１２】
図３はこの発明によるホーンアンテナで構成された電波レーダ装置を車両へ搭載した状況を模式的に示した側面図である。レーダセンサ７はブラケット等により車両１１へ固定されている。レーダセンサ７は、レーダセンサ７を構成するホーンアンテナ８（図３には現れていない）によって放射される電波が、レーダセンサ７を構成するレドーム１０を介してレーダセンサ７の検知エリア内に存在するターゲット１２からのエコーを、レーダセンサ７を構成するホーンアンテナ８を用いて受信することにより、レーダセンサ７の検知エリア内に存在するターゲット１２を検出する。なお、１３は大地（路面）、１４は低位障害物である。
【００１３】
この発明に係るホーンアンテナは上記の構造及び設置状態を有するものであるが、図４に示す構造のホーンアンテナを準備し、これによる特性を実測したものを図５に示す。図４に示すホーンアンテナ８は、Ｘ軸方向に関して対称、Ｙ軸方向に関しては非対称な広がり形状を有し、そのＨ面放射パターン実測値１８を図５に示す。図４に示している上記Ｘ軸方向に関して対称、Ｙ軸方向に関しては非対称な広がり形状を有するホーンアンテナ８の寸法を以下に示す。なおここで、電波の波長はλ＝Ｃ／ｆ×１０^３［ｍｍ］であり、Ｃ［ｍ／ｓ］は光速、ｆ［Ｈｚ］は電波の周波数を示す。
ｈａ＝０．３６×λ、ｈｂ＝０．７２×λ、ｈｅ＝１．６１×λ
ａ＝０．３６×λ、ａ＋＝０、ａ−＝０
ｂ＝２．０１×λ、ｂ＋＝１．２９×λ、ｂ−＝０
【００１４】
比較のため、Ｘ、Ｙ軸方向に関して対称な広がり形状を有するホーンアンテナのＨ面放射パターン実測値１９を図６に併記する。比較に用いた上記Ｘ、Ｙ軸方向に関して対称な広がり形状を有するホーンアンテナの寸法を以下に示す。
ｈａ＝０．３６×λ、ｈｂ＝０．７２×λ、ｈｅ＝１．６１×λ
ａ＝０．４８×λ、ａ＋＝ａ−＝０．０６×λ
ｂ＝２．８２×λ、ｂ＋＝ｂ−＝１．０５×λ
【００１５】
図５において、Ｙ軸方向でのみ非対称な広がり形状を有する非対称形状ホーンアンテナ８のＨ面放射パターン１８は、０［ｄｅｇ．］方向を軸にして非対称な放射パターンであり、Ｘ、Ｙ軸方向でともに対称な広がり形状を有する対称形状ホーンアンテナのＨ面放射パターン１９と比べて、オフセット角度２０だけθ＞０方向へ最大放射方向が角度オフセットしていることがわかる。また、上記Ｈ面放射パターン１８では、−６０＜θ＜０［ｄｅｇ．］の下方角度範囲２１における利得が上記Ｈ面放射パターン１９と比べて減少していることがわかる。
【００１６】
このようにホーンアンテナの管軸方向における開き角度を非対称形状とすることにより、上記ホーンアンテナ８の放射パターンにおける最大放射方向を正面方向（θ＝０）からそれとは異なる方向（θ≠０）へと偏移させ、特定角度範囲の利得を抑制できることがわかる。
【００１７】
図５の特性１９で示す上記従来の対称形状ホーンアンテナを用いて例えば車載用の電波レーダ装置を構成した場合、ターゲット１２の検出以外にもグランドクラッタ等の低位置障害物１４からの反射波を検出してしまう。しかし、図５の特性１８で示す上下非対称形状ホーンアンテナ８を用いて車載レーダを構成した場合には、グランドクラッタ等の低位置障害物１４からの反射波は低減され、ターゲット１２の検出を精度よく行えることが試験的に確認されている。
【００１８】
このように、この発明による非対称形状ホーンアンテナ８を用いることにより、従来のように、レーダセンサの前面下部に遮蔽部材を突出するように設けたり、レーダセンサまたはレーダアンテナを上空方向へ傾けて車両へ取り付けたり、垂直方向放射パターンを絞るためにレーダアンテナを大開口径化することなく、グランドクラッタ等の低位置障害物からの反射波を低減させることができる。
【００１９】
また、従来の対称形状ホーンアンテナを用いて例えば車載用電波レーダ装置を構成した場合には、上記対称形状ホーンアンテナが水平面内において対称形状の放射パターンをもつため、水平面内におけるレーダの最大検知方向は、上記レーダセンサの車両への水平面内取り付け角度に依存し、所望の検知覆域が上記レーダセンサ正面方向に対して非対称な形状である場合には、上記レーダセンサの車両への水平面内取り付け角度そのものを最適化する必要があった。しかし、左右非対称形状のホーンアンテナ８を用いて車載用電波レーダ装置を構成した場合には、上記非対称形状ホーンアンテナ８そのものが水平面内において非対称形状の放射パターンを有することにより、上記レーダセンサの車両への水平面内取り付け角度をそのままにして所望の検知覆域を有した車載用電波レーダ装置を実現することができる。
【００２０】
実施の形態２．
図６はこの発明による開き角可変機構付非対称形状ホーンアンテナ２２の外観を示す斜視図である。図６において、１５は給電用導波管部、１６ａ〜１６ｄは導波管部１５の端部から延設された４側壁で、これらがホーン部１６を形成している。４側壁のうち１６ａ〜１６ｃは固定側壁、１６ｄは固定側壁１６ａ、１６ｃに挟まれた可動側壁であり、ホーンアンテナの管軸に対して傾斜角がアンテナ開口開き角可変機構で調節できるようになされている。
【００２１】
アンテナ開口開き角可変機構は、一定張力のかかった可撓性の帯状導体膜２５、この帯状の導体膜２５を支える可動板２６、可動板２６の位置をＹ（或いはＸ）方向に変位させるためのアクチュエータ２４により構成されている。帯状導体膜２５は、その一端が導波管部１５の端部軸２７に取り付けられ、可動板２６の先端及びロール２８を経由してロール２９に巻き込まれ、ロール２９は導体膜２５に一定の張力を与えている。先端がホーン部１６の出口面まで達している可動板２６は、アクチュエータ２４により二重矢印で示す上下方向に移動するが、その際、導体膜２５と接している先端は導体膜２５と摺動する。
【００２２】
このような構成のものにおいて、上記帯状導体膜２５で構成される可動側壁１６ｄの管軸に対する開き角を大きくする調節を行う場合には、アクチュエータ２４により可動板２６を上方へ移動させる。その結果、帯状導体２５と可動板２６先端の接触位置が上昇し、開き角は大きくなる。可動側壁１６ｄの管軸に対する開き角を小さくする場合には、逆にアクチュエータ２４により可動板２６を下方へ移動させる。これらの動作において、帯状導体２５はロール２９により巻き込みまたは繰り出しが行われ、常に一定の張力を保つ。このように、アクチュエータ２４によりＹ（或いはＸ）方向へ変位した可動板２６が帯状導体膜２５の導波管端部屈における屈曲角度を変化させることによりアンテナ開口開き角度を連続的に変化させることを可能にしている。
【００２３】
従来の対称形状ホーンアンテナを用いて例えば車載用の電波レーダ装置を構成した場合、レーダ固定位置が一つに決められると、ターゲット１２の検出覆域はただ一つに固定されてしまう。しかし、本実施の形態のアンテナ開口開き角可変機構を備えたホーンアンテナ２２を用いた場合、アンテナ上下または左右の開き角を可変とすることにより、状況に応じて複数のターゲット検出覆域を任意に切替えることが可能となり、（図６は上下方向片側の開き角のみ可変とした場合を示す）ミラー角度・車速・ヨー角等を含めた車両状態に関する情報、ドライバーの位置・姿勢・視線に関する情報を元にしてリアルタイムにドライバーが視認困難或いは不可能な領域を覆うようにターゲット検知覆域を変化させることができる。
【００２４】
また、従来の対称形状ホーンアンテナをただ一組用いて例えば車載用の電波レーダ装置を構成した場合には、受信したエコーからターゲットに関する角度情報を得ることはできないが、本実施の形態の非対称形状可変のホーンアンテナを用いて車載用の電波レーダ装置を構成した場合には、アクチュエータによるアンテナ開き角の制御情報よりエコーの到来方向をモニターすることができる。
【００２５】
さらにまた、本実施の形態の非対称形状可変のホーンアンテナを用いて車載用の電波レーダ装置を構成した場合には、エコー受信レベルが最大となるように上記非対称形状ホーンアンテナの開き角を逐次最適化することにより、ターゲットを追跡走査し、安定した検出を行うことができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、ホーンアンテナの取り付け角度を変えたり、大開口径化することなく、簡単な構成でホーンアンテナの放射パターンにおける最大放射方向を正面方向から異なる方向へ偏移させたり、特定角度範囲の利得を抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係るホーンアンテナを用いた車載レーダセンサの一部破断斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るホーンアンテナを示す斜視図である。
【図３】実施の形態１のホーンアンテナを用いた車載レーダセンサの車両搭載状況を側方から見た模式図である。
【図４】特性実測に使用した実施の形態１に係るホーンアンテナを示す斜視図である。
【図５】図４のホーンアンテナを用いた放射パターン特性の実測値を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係るホーンアンテナを示す斜視図である。
【符号の説明】
７　レーダセンサ、　　　　　　　８　ホーンアンテナ、
９　ケーシング、　　　　　　　１０　レドーム、
１１　車両、　　　　　　　　　　１２　ターゲット、
１３　大地、　　　　　　　　　　１４　低位置障害物、
１５　導波管部、　　　　　　　　１６　ホーン部、
１６ａ〜１６ｄ　ホーン側壁、
１８　ホーンアンテナのＨ面放射パターン、
２０　オフセット角度、　　　　　２１　下方角度範囲、
２２　開き角可変機構付非対称形状ホーンアンテナ、
２４　アクチュエータ、　　　　　２５　帯状の導体膜、
２６　可動板、　　　　　　　　　２７　軸、
２８　ロール、　　　　　　　　　２９　ロール。

Claims (4)

1. ホーンアンテナの管軸方向におけるホーン部の開き角度を上記管軸に対して非対称とすることにより、上記ホーンアンテナの放射パターンにおける最大放射方向を正面方向から異なる方向へ偏移させ、かつ／または特定角度範囲の利得を抑制するようにしたことを特徴とするレーダ用ホーンアンテナ。
2. 上記レーダ用ホーンアンテナのホーン部を形成する４側壁のうちの少なくとも一つの管軸方向における開き角度を調節できるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のレーダ用ホーンアンテナ。
3. 給電用導波管部につながる４側壁からなるホーン部を有するレーダ用ホーンアンテナの、少なくとも１側壁を可撓性の導体膜で形成し、この導体膜の上記導波管端部からの屈曲角度を変えることにより上記管軸方向における開き角度を調節するようにしたことを特徴とするレーダ用ホーンアンテナ。
4. 上記導電膜に一定の圧力を加え、導電膜のたわみを吸収する手段を備えたことを特徴とする請求項３に記載のレーダ用ホーンアンテナ。

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