JP2004325160A - 車載用レーダ - Google Patents

Abstract

【課題】受信アンテナへの不要波のリークを防止することによって優れた方位精度を持つ、検知範囲が広角の車載用レーダを提供すること。
【解決手段】アンテナのグランドとなるアンテナプレート（接地導体板）３に送信アレイアンテナ１及び受信アレイアンテナ２ａ，２ｂが配置し、アンテナプレート３の端部１５の二辺に、電波吸収体４を配置する。電波吸収体４は、例えば電波吸収粒子を含ませたスポンジ材によって構成する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両等の移動体に搭載され、障害物の方位、移動体との相対距離、相対速度等を検出する車載用レーダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ミリ波を用いた車載用レーダは、超音波レーダやレーザレーダと比較して、雨、霧、雪などの気象条件や、埃、騒音の影響を受けにくいため、自動車の衝突防止や追従走行などに最適なセンサとして注目されている。現在製品化されているミリ波レーダは、主に高速道路での使用を前提としており、検知範囲は方位角１６度、距離１５０ｍ程度となっている。
【０００３】
更に、車載用レーダは、近い将来には一般道路など複雑な道路環境へ適用されるようになり、検知範囲を方位角８０度以上に広角化することが必須になると考えられている。
【０００４】
その手法として、複数の受信アンテナを用い、それぞれからの受信信号間の振幅差又は位相差により障害物の方位を検出するモノパルス方式を基本にし、アンテナを広角化する方法がある。例えば、非特許文献１に、方位検出にモノパルス方式を用い、アンテナ素子数を意図的に少なくして検知範囲を広角化することが開示されている。また、例えば、非特許文献２に、そのような方法によって実施される車載用レーダの送受信装置についての記載がある。
【０００５】
図１１に非特許文献２に記載されているレーダ送受信装置の回路構成を示す。広角の送信アンテナ１及び受信アンテナ２ａ，２ｂには、マイクロストリップ線路によるパッチアンテナが用いられる。発振器７が出力するミリ波信号は、電力増幅器６を経て送信アンテナ１に与えられる。送信アンテナ１から送信され、障害物で反射した信号は、受信アンテナ２ａ，２ｂで受信され、ハイブリッド回路（ＨＹＢ）５に与えられる。ハイブリッド回路５によって和信号Σ及び差信号Δが生成される。和信号Σ及び差信号Δは、それぞれミキサを主にした受信回路２０ａ，２０ｂで処理され、被検出体の方位等が検出される。
【０００６】
【非特許文献１】
２００１年電子情報通信学会総合大会講演論文集（基礎・境界）、論文番号Ａ−１７−１０、第３９１頁
【非特許文献２】
２００１年１２月横浜で開催のＭＷＥ２００１（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｗｏｒｋｓｈｏｐｓ ａｎｄ Ｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎ）のワークショップ・テクニカルプログラム（Ｗｏｒｋｓｈｏｐ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐｒｏｇｒａｍ）、論文番号ＷＳ５−１
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上に述べたように、モノパルス方式においては、アンテナビームを広角化することによって検知範囲を広角化することが行なわれている。しかし、アンテナビームの広角化は、不要なサイドローブ（主ビームとは異なる方向に放射する、弱い強度のサブビーム）の上昇を招くことが避けられない。サイドローブは、送信アンテナから受信アンテナへ不要波がリークする原因になり、方位精度の劣化や、誤検知の増加を招くという問題点があった。
【０００８】
不要波のリークには２経路あり、障害物でドップラーシフトして戻ってきた反射波が、アンテナを固定している、アンテナのグランド（接地）となるプレート（導体板）の端部で回折して受信アンテナで受信されるという経路と、もう１つは上記反射波が送信アンテナで受信され、その一部がアンテナ内部の不整合によって反射して再放射し、受信アンテナにリークするという経路がある。
【０００９】
モノパルス方式においては受信信号の振幅、位相により障害物の方位を決定するため、上記のような問題は方位精度を著しく劣化させ、誤検知の原因となる。
【００１０】
本発明の目的は、上記問題点を解消し、広角の検知範囲において優れた方位精度を持つ、低コスト、小型軽量の車載用レーダを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の前記課題は、車両等の移動体に搭載され、障害物の方位、移動体との相対距離、相対速度等を検出する車載用レーダにおいて、アンテナのグランドとなる接地導体板の端部の少なくとも一部に電波回折阻止構造を設けることによって効果的に解決することが可能である。電波回折阻止構造は、例えば、上記上面端部の少なくとも一部を覆って接地導体板の上面に配置した電波吸収体からなる。このような手段を採用すれば、接地導体板の端部における回折波の発生を阻止することができ、それによって不要波の受信アンテナへのリークを防止することができるからであり、従って優れた方位精度が得られるからである。
【００１２】
また、送信アンテナと受信アンテナの間に電波吸収体を設けることが望ましい。それにより、送信アンテナから受信アンテナへのリークを防止することができ、一層優れた方位精度が得られる。
【００１３】
更に、上記電波吸収体を電波吸収粒子を含ませたスポンジ材によって構成することにより、車載用レーダを軽量かつ安価で簡易に製作することができる。
【００１４】
また、上記電波吸収体を、アンテナ前方を覆うレドーム（レーダを保護するための覆い）に予め取り付けることで、組立工数を削減することができる。
【００１５】
更に、上記電波吸収体のアンテナ面からの高さを、障害物検知が可能な角度範囲外への電波の放射、もしくは電波の到来を防止するように選択すれば、グランド端部からの回折波のリークもしくは送信アンテナから受信アンテナへのリークを効率的に防止でき、さらなる方位精度向上に貢献できる。
【００１６】
また、受信アンテナよりも送信アンテナを前方に突出させることで送信アンテナから受信アンテナへのリークを防止することができ、更に優れた方位精度が得られる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る車載用レーダを図面に示した幾つかの発明の実施の形態を参照して更に詳細に説明する。なお、図１〜図１１における同一の符号は、同一物又は類似物を表示するものとする。
【００１８】
図１に本発明による車載用レーダの第１の実施形態を示す。本実施形態は、レーダ送受信装置１０から、送信アレイアンテナ１を介して送信信号を送信し、障害物で反射された信号を受信アレイアンテナ２ａ及び受信アレイアンテナ２ｂで受信する。アレイアンテナ２ａ，２ｂからの２個の受信信号は、和信号、差信号を生成するハイブリッド回路５を備えたレーダ送受信装置１０に送られる。アンテナ１及びアレイアンテナ２ａ，２ｂのアンテナ有効領域は幅が狭い細長い帯状をなしており、主ビームの幅方向が広角化される。
【００１９】
レーダ送受信装置１０において、発振器７が出力するミリ波信号は、電力増幅器６を経て送信アレイアンテナ１に供給される。一方、ハイブリッド回路５は、アレイアンテナ２ａ，２ｂからの２個の受信信号を入力して和信号Σ及び差信号Δを生成する。それぞれは、ミキサ８ａ及び８ｂに加えられ発振器７の出力信号と混合され、中間周波信号に変換され、信号処理回路９に入力される。信号処理回路９は、和信号Σ及び差信号Δの周波数変換された信号を用いて被検出体の方位検出を行ない、和信号Σを用いて、被検出体の速度、位置などを検出する。これらの検出結果は、必要に応じて表示装置１１などの出力装置に適した信号に変換され、出力装置に出力される。
【００２０】
本実施形態においては、送信アレイアンテナ１及び受信アレイアンテナ２ａ、２ｂが配置される、グランド（接地）となるアンテナプレート（アンテナ導体板）３を有しており、アンテナプレート３の端部１５の二辺に電波吸収体４が配置されている。
【００２１】
図２は第１の実施形態に用いているアンテナの上方図である。複数のパッチ素子１２と給電配線１３が誘電体基板上に構成され、送信アレイアンテナ１、受信アレイアンテナ２ａ，２ｂをそれぞれ成している。これらの各アレイアンテナは、アンテナプレート３上に配置され、前記アンテナプレート３の端部１５の二辺に電波吸収体４が配置されている。
【００２２】
電波吸収体４がない場合、障害物でドップラーシフトして戻ってきた反射波は、アンテナプレート３の端部１５で回折して四散する不要波となり、その一部が受信アレイアンテナ２ａ，２ｂに入射するが、本実施形態では、端部１５に向かう反射波を電波吸収体４が吸収して端部１５に届かないようにする。従って、回折による不要波の発生が防止され、不要波がアンテナ２ａ，２ｂにリークする不都合を防ぐことができる。また、たとえ電波吸収体４で完全に減衰せずに残る反射波があっても、その反射波が端部１５で回折して発生する僅かな不要波は同じ電波吸収体４によって更に吸収され、アンテナ２ａ，２ｂへ届かない。以上の結果、誤検知を防止することができ、優れた方位精度を得ることができる。
【００２３】
図３に本発明による車載用レーダの第２の実施形態を示す。複数のパッチ素子１２と給電配線１３が誘電体基板上に構成され、送信アレイアンテナ１、受信アレイアンテナ２ａ、２ｂをそれぞれ成している。これらの各アレイアンテナはアンテナプレート３上に配置され、アンテナプレート３の端部周辺に電波吸収体４が配置されている。
【００２４】
本実施形態によれば、障害物でドップラーシフトして戻ってきた反射波が、アンテナプレート３の端部に向かう途中で電波吸収体４に吸収される。それにより、不要波の発生が防止され、不要波を受信アレイアンテナ２ａ、２ｂが受信するという不都合を回避することができる。
【００２５】
本実施形態では、特にアンテナプレート３の端部を全て電波吸収体４で覆っているので、紙面横方向だけでなく縦方向からの回折波に対しても効果を発揮でき、その結果、誤検知を防止することができ、優れた方位精度を得ることができる。
【００２６】
図４に本発明による車載用レーダの第３の実施形態を示す。複数のパッチ素子１２と給電配線１３が誘電体基板上に構成され、送信アレイアンテナ１及び受信アレイアンテナ２ａ，２ｂをそれぞれ成している。これらの各アレイアンテナは、アンテナプレート３上に配置されるが、本実施形態では特に、電波吸収体４が前記アンテナプレート３の端部周辺に加え、送受信アンテナの間にも配置されている。
【００２７】
本実施形態によれば、そのように電波吸収体４を配置することにより、障害物でドップラーシフトして戻ってきた反射波がアンテナプレート３の端部で回折するのを防ぐと共に、送信アンテナ１から再放射して受信アンテナ２ａ，２ｂに向かう不要波を吸収して遮断することができる。障害物で反射した反射波は、受信アレイアンテナ２ａ，２ｂだけではなく、送信アンテナ１にも入射する。送信アンテナ１に入射した反射波は、送信アンテナ１の内部にインピーダンス不整合があると反射し、送信アンテナ１から再放射する。この再放射成分が不要波となり、電波吸収体４がないと一部が受信アレイアンテナ２ａ，２ｂに入射することとなる。
【００２８】
また、本実施形態では、第２の実施形態の場合と同様にアンテナプレート３の端部を全て電波吸収体で覆っているので紙面横方向だけでなく縦方向からの回折波に対しても効果を発揮することができ、その結果、誤検知を防止することができ、優れた方位精度を得ることができる。
【００２９】
ここで、送信アンテナ１に対する電波吸収体４の最適な位置及び大きさについて図５を用いて説明する。送信アレイアンテナ１と電波吸収体４がアンテナプレート３に配置されており、送信アレイアンテナ１からは所望の方位検知性能を得るために必要な放射角２θを持つメインビームｍｂが出力されている。このとき、アンテナ１が十分に薄いとして、電波吸収体４のアンテナ１の上面からの高さＨとアンテナ中心からの距離Ｄは、式（１）によって最適値が与えられる。
【００３０】
ｔａｎθ＝Ｄ／Ｈ ・・・・・（１）
この式によってＤとＨを選べば、障害物検知の角度範囲を外れて放射される電波を遮断することができ、優れた方位精度を得ることができる。また、受信アレイアンテナ２ａ，２ｂについても同様に、障害物検知の角度範囲を外れて入射される電波を遮断するように波吸収体４の最適位置、大きさを選ぶことができる。即ち、所望の方位検知性能を得るために必要な入射角２θの範囲から電波が受信アンテナ２ａ，２ｂに到来しているとき、電波吸収体４のアンテナ２ａ，２ｂの上面からの高さＨとアンテナ中心からの距離Ｄは、上記の式（１）によって最適値が与えられる。
【００３１】
なお、このような電波吸収体４の最適な位置・大きさについて第３の実施形態を対象に説明したが、第１及び第２の実施形態にも適用することができることは云うまでもない。
【００３２】
また、第１から第３の実施形態に用いる電波吸収体４は、スポンジ材にカーボン材料などの電波吸収粒子を含ませることにより、軽量かつ安価で簡易に製作することができる。
【００３３】
図６に第１〜第３の実施形態における電波吸収体４の実装の一例を示す。送信アレイアンテナ１、受信アレイアンテナ２ａ，２ｂは、上述のようにそれぞれグランドとなるアンテナプレート３上に配置されているが、電波吸収体４は、各アンテナの前方を覆うレドーム１４に予め取り付けられている。これにより、レドーム１４をアンテナプレート３に取り付けると同時に電波吸収体４を適切な位置に配置することができるようになり、組立工程を大幅に削減することができる。
【００３４】
図７に本発明による車載用レーダの第４の実施形態を示す。本実施形態では、送信アレイアンテナ１、受信アレイアンテナ２ａ，２ｂを配置する、アンテナのグランドとなるアンテナプレート３は、その端部１５の角が落とされている。
【００３５】
本実施形態によれば、アンテナプレート３の端部１５の角が落ちているので、端部１５において、障害物でドップラーシフトして戻ってきた反射波の回折が殆ど起こらず、不要波の発生を防止することができる。従って、誤検知を防止することができ、かつ優れた方位精度を得ることができる。なお、図７に示した端部１５は、角が落ちて２面となっているが、これを３面或いは更に多い面としても良く、同様の効果を得ることができる。
【００３６】
図８に本発明による車載用レーダの第５の実施形態を示す。本実施形態では、送信アレイアンテナ１、受信アレイアンテナ２ａ，２ｂを配置する、アンテナのグランドとなるアンテナプレート３は、その端部１５が曲面形状になっている。
【００３７】
本実施形態によれば、アンテナプレート３の端部１５が曲面形状になっているので、端部１５において、障害物でドップラーシフトして戻ってきた反射波の回折が殆ど起こらず、不要波の発生を防止することができる。従って、誤検知を防止することができ、かつ優れた方位精度を得ることができる。
【００３８】
図９に本発明による車載用レーダの第６の実施形態を示す。本実施形態では、送信アレイアンテナ１、受信アレイアンテナ２ａ，２ｂを配置する、アンテナのグランドとなるアンテナプレート３は、その端部１５に突起１６が付着している。
【００３９】
本実施形態によれば、アンテナプレート３の端部１５に突起１６が付着しているので、端部１５において、障害物でドップラーシフトして戻ってきた反射波の回折が殆ど起こらず、不要波の発生を防止することができる。従って、誤検知を防止することができ、かつ優れた方位精度を得ることができる。
【００４０】
なお、突起１６の高さを使用周波数の１／４にすることにより、特に高い効果を得ることができる。
【００４１】
図１０に本発明による車載用レーダの第７の実施形態を示す。本実施形態では、送信アレイアンテナ１、受信アレイアンテナ２ａ，２ｂを配置する、アンテナのグランドとなるアンテナプレート３に段差がついており、受信アンテナ２ａ，２ｂよりも送信アンテナ１の方が前方に突出している。
【００４２】
前述のように、障害物でドップラーシフトして戻ってきた反射波は送信アンテナ１にも入射するが、入射波は、アンテナ１の内部にインピーダンス不整合があると再放射する。本実施形態によれば、送受信アンテナに段差がついているので、受信アレイアンテナ２ａ，２ｂに到来する再放射成分を低減することができる。その結果、誤検知を防止することができ、優れた方位精度を得ることができる。
【００４３】
なお、上述の電波吸収体を採用することや端部を電波回折を阻止する構造にすることとは別に、アンテナプレート自体を電波吸収体で構成することも効果的である。アンテナプレートで電波が吸収されるので、電波の回折が起こらない。更に、その他に、アンテナプレートの表面を電波吸収体でコーティングすることも効果的である。アンテナプレート３の表面で電波が吸収されるので、電波の回折が起こらない。いずれも、軽量かつ安価に、簡易に製作することができる。なお、このようなアンテナプレートを上記の各実施形態のアンテナプレート３に採用可能であることは云うまでもない。高い相乗効果が得られる。
【００４４】
以上の各実施形態では各アンテナとアンテナプレート３を別部品としたが、本発明はそれに限らず、アンテナプレートと放射部が一体となっているアンテナ、例えば、導波管スロットアンテナやトリプレートアンテナにも適用可能であり、同様の有効を得ることができる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、受信アンテナへの不要波のリークが防止されるので、誤検知を防止することができ、優れた方位精度を持つ、検知範囲が広角の車載用レーダを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る車載用レーダの第１の発明の実施の形態を説明するためのブロック図。
【図２】本発明の第１の発明の実施の形態を説明するための正面図。
【図３】本発明の第２の発明の実施の形態を説明するための正面図。
【図４】本発明の第３の発明の実施の形態を説明するための正面図。
【図５】本発明の実施の形態における電波吸収体の最適な位置・大きさを説明するための図。
【図６】本発明の第１〜第３の発明の実施の形態における電波吸収体の実装手法を説明するための図。
【図７】本発明の第４の発明の実施の形態を説明するための断面図。
【図８】本発明の第５の発明の実施の形態を説明するための断面図。
【図９】本発明の第６の発明の実施の形態を説明するための断面図。
【図１０】本発明の第７の発明の実施の形態を説明するための断面図。
【図１１】従来の車載用レーダの送受信装置を説明するためのブロック図。
【符号の説明】
１…送信アレイアンテナ、２ａ，２ｂ…受信アレイアンテナ、３…アンテナプレート、４…電波吸収体、５…ハイブリッド回路、６…電力増幅器、７…発振器、８ａ，８ｂ…ミキサ、９…信号処理回路、１０…レーダ送受信装置、１１…表示装置、１２…パッチ素子、１３…給電配線、１４…レドーム、１５…アンテナプレートの端部。

Claims (10)

1. 接地導体板の上面に配置した送信アンテナ及び受信アンテナと、
   該送信アンテナに送信信号を供給し、該受信アンテナで受信した、障害物で反射した反射波の信号から障害物の方位を検出するレーダ送受信装置とを備え、
   上記接地導体板の上面端部の少なくとも一部に電波回折阻止構造を設けたことを特徴とする車載用レーダ。
2. 上記電波回折阻止構造は、上記上面端部の少なくとも一部を覆って上記接地導体板の上面に配置した電波吸収体からなることを特徴とする請求項１に記載の車載用レーダ。
3. 上記送信アンテナと上記受信アンテナの間にも電波吸収体を配置したことを特徴とする請求項２に記載の車載用レーダ。
4. 上記電波吸収体は、電波吸収粒子を含ませたスポンジ材によって構成されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の車載用レーダ。
5. 上記送信アンテナ及び上記受信アンテナの前方を覆うレドームを更に有し、上記電波吸収体が、該レドームに予め取り付けられていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の車載用レーダ。
6. 上記電波吸収体は、上記送信アンテナの上面からの高さが障害物検知を行なう角度範囲外への電波の放射を防止するように選択され、かつ、上記受信アンテナの上面からの高さが障害物検知を行なう角度範囲外からの電波の到来を防止するように選択されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の車載用レーダ。
7. 上記電波回折阻止構造は、上記接地導体板の上面端部の少なくとも一部を少なくとも２面で構成した構造によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の車載用レーダ。
8. 上記電波回折阻止構造は、上記接地導体板の上面端部の少なくとも一部を曲面で構成した構造によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の車載用レーダ。
9. 上記電波回折阻止構造は、上記接地導体板の上面端部に突起物を設けた構造によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の車載用レーダ。
10. 接地導体板の上面に配置した送信アンテナ及び受信アンテナと、
    該送信アンテナに送信信号を供給し、該受信アンテナで受信した、障害物で反射した反射波の信号から障害物の方位を検出するレーダ送受信装置とを備え、
    上記送信アンテナを配置した上記接地導体板の上面の高さが上記受信アンテナを配置した上記接地導体板の上面よりも高いことを特徴とする車載用レーダ。

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