JP2005091238A - アンテナ装置及びパルス波レーダー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 送信アンテナで放射された送信波が受信アンテナ側に直接漏洩して受信手段の機能を損なわないようにする。
【解決手段】 送信アンテナ４１と、受信アンテナ４２と、両アンテナ間に配設されていて、送信アンテナ４１から放射された送信波が直接受信アンテナ４２に漏洩することを防ぐ分布定数型漏洩防止回路としてのチョーク回路６０とを備える。チョーク回路６０は送信アンテナ４１及び受信アンテナ４２を設けた筐体５０の一部で構成され、少なくとも表面が導電性で、送信アンテナ４１から受信アンテナ４２に向かう方向に幅λ／４で、深さがλ／４（λ：送信波の波長）の凹溝を１つ又は複数有している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、送信波を放射する送信アンテナ及び送信波の反射波を受信する受信アンテナを具備するアンテナ装置及びこのアンテナ装置を用いるパルス波レーダー装置に係り、とくに自動車等に搭載して近接目標物の距離検出を行うのに好適なアンテナ装置及びパルス波レーダー装置に関する。

送信パルス波を送出してから、目標物からの反射波を受信する迄の時間から距離を測定するパルス波レーダー装置が知られている。この様なパルス波レーダー装置に於いては、送信パルス波に対する受信パルス波の遅延時間を測定することによりレーダー装置と目標物迄の距離に比例した信号を得ている。

図６はパルス波レーダー装置における一般的な距離測定回路の例であり、送信パルス波が目標物で反射された反射波の受信パルス波を増幅器１で増幅し、波形整形器２で方形波に波形整形し、時間検出用フリップフロップ３のＲ端子（リセット端子）に入力する。一方、時間検出用フリップフロップ３のＳ端子（セット端子）に、送信回路のパルス発生器からのパルス信号が印加されている。このパルス信号は送信パルス波の放射タイミングを示しているから、フリップフロップ３の出力パルス幅は送信パルス波に対する受信パルス波（反射波）の遅延時間に比例したものとなり、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）４を通して遅延時間（すなわちレーダー装置と目標物迄の距離）に比例した検出信号として取り出される。

また、送信パルス波は、有限の時間を持つので、従来では送信中はスイッチ等により受信機の動作を止めるか、もしくは、受信機のアンテナを切断するかの方法により送信電波が直接受信機に影響を与えることを防止している。この為に非常に高速なスイッチが必要である。

図７は送受信切り替えスイッチ付きパルス波レーダー装置の回路例であり、局部発振器１３で発生された搬送波信号はスイッチＳＷ１を通して送信側混合器１１に供給され、ここでパルス発生器１２のパルス信号と混合され、パルス変調されて送信パルス波が送信アンテナ１０から放射される。

放射された送信パルス波が目標物で反射された反射波は受信アンテナ２０で受信され、受信信号は受信用混合器２１に加えられる。受信用混合器２１にはスイッチＳＷ２を通して局部発振器１３の搬送波信号が供給され、ここで受信信号と搬送波信号とが混合されて受信信号は周波数変換されて、図６に示した距離測定回路２２に印加される。この距離測定回路２２には前記パルス発生器１２のパルス信号も印加されており、距離に比例した検出信号を取り出すことができる。

この場合、スイッチＳＷ１は送信時にオン、受信時にオフ、スイッチＳＷ２は受信時にオン、送信時にオフであり、非常に高速なスイッチング動作が要求される。また、送信パルス波の送信中は受信動作が不可能である。従って、送信パルス波の送信期間中に反射波が戻ってくるような近距離の距離測定はできない。

また、従来のパルス波レーダー装置による近距離の測定の場合、図８のように、目標物から反射された反射波が帰ってくる時間が短いので送信パルスの送出中に反射パルスが帰ってきてしまい、検出出力において送信パルス波と目標物からの反射波との時間的区別か出来なくなり測定が出来ないと言うことがあった。

この為、近距離の検出を行うためには、非常に細いパルスを用いる必要があり、この細い送信パルス波の為に占有帯域幅が広くなり技術的な問題が生じる可能性がある。

例えば、図９の車両３０の前部に搭載された車載用パルス波レーダー装置で、最小検知距離を１０cmとすると、この距離を電波が飛ぶ時間ｔは、
ｔ＝１０／３０００００００００＝３００ｐｓ
となる。電波はその距離を往復するので、電波が放射されてから反射されて戻るまでの時間は６００ｐｓとなる。

この場合、図８のようにパルス幅の長い送信パルス波（行きパルス）を用いると、反射パルス（帰りパルス）は送信パルス波の送信期間中に戻ってくることになり、図８で述べた反射パルスの時間遅れが検出できない問題が生じる。

また、図１０（Ａ）のように、例えば、パルス幅Ｐｗ＝３００ｐｓと非常に細く、パルス立ち上がりｔr＝１０ｐｓで、パルス立ち下がりｔy＝１０ｐｓの送信パルス波を用いると、占有帯域幅は非常に広がり、技術的な問題が生じる可能性がある。

送信パルス波として、図１０（Ａ）の１０倍以上のパルス幅Ｐｗ＝５ｎｓで、パルス立ち上がりｔr＝３ｎｓ、パルス立ち下がりｔy＝３ｎｓの送信パルス波を用いると、図１０（Ｂ）のように占有帯域幅は中心周波数２４ＧＨｚ±３ＧＨｚ程度に収まる。また、パルス幅Ｐｗ＝３ｎｓで、パルス立ち上がりｔr＝１ｎｓ、パルス立ち下がりｔy＝１ｎｓの送信パルス波を用いるときも、図１０（Ｃ）のように占有帯域幅は中心周波数２４ＧＨｚ±４ＧＨｚ程度に収まる。但し、前述した最小検知距離は１ｍ以上となってしまう。

さらに、従来のパルス波レーダー装置では、送信パルス波と受信波のアイソレーションを取る為に、送信アンテナと受信アンテナの物理的な距離を取る必要があり、装置の寸法か大きくなり、例えば自動車に搭載する目的等には不向きである。

図１１は送信アンテナ４１と受信アンテナ４２とを絶縁基板４３上に形成し、金属等の導電性の筐体４５内に取り付けた従来のアンテナ装置の例である。この場合、送信アンテナ４１の送信波の主輻射方向は絶縁基板４３に略垂直な前方であり、送信アンテナ４１と受信アンテナ４２間のアイソレーションのために筐体４５の一部４５ａが両アンテナ４１，４２間に配置されている。

送信パルスで変調された送信パルス波は、送信アンテナ４１から放射されるが、この放射エネルギーは、主輻射方向のみではなく、アンテナ４１，４２を設けている基板方向にも伝わっていく。この基板方向の電波伝搬が、送信パルス波が受信側に漏洩する原因になっているので、取り除くことが出来れば、送信パルスを受信側で受信することは無くなる。

しかし、図１１の従来構造のように、導体である筐体４５の一部４５ａを単に送信アンテナ４１と受信アンテナ４２間に配置しただけでは、基板４３に沿って送信アンテナ４１から受信アンテナ４２に向かう漏洩電波を十分減衰させることはできない。仮に、筐体４５の一部４５ａと基板４３とを、例えばネジのようなもので締めて接合しても、どうしても隙間は開き、漏洩電波の問題を解決することはできない。

なお、送信アンテナと受信アンテナとを同一アンテナ基板上に設けた平面アンテナが下記特許文献１に開示されている。

特開平４−１４０９０５号公報

この特許文献１では、送信アンテナと受信アンテナ間のアイソレーション向上のために電波吸収体を設けているが、電波吸収量を大きくするためには電波吸収体の体積の増加を招くきらいがある。

本発明の第１の目的は、上記の点に鑑み、送信アンテナで放射された送信波が受信アンテナ側に直接漏洩して受信手段の機能を損なわないようにするアンテナ装置及びこれを用いたパルス波レーダー装置を提供することにある。

本発明の第２の目的は、物理的に送信用及び受信アンテナ相互の間隔を狭めることを可能にして小型化を図り、ひいては用途拡大を図り得るアンテナ装置及びこれを用いたパルス波レーダー装置を提供することにある。

本発明の第３の目的は、送信パルス幅が長い送信波を用いる場合でも近距離測定が可能なアンテナ装置及びこれを用いたパルス波レーダー装置を提供することにある。

本発明のその他の目的や新規な特徴は後述の実施の形態において明らかにする。

上記目的を達成するために、本願請求項１の発明に係るアンテナ装置は、送信アンテナと、受信アンテナと、両アンテナ間に配設されていて、前記送信アンテナから放射された送信波が直接前記受信アンテナに漏洩することを防ぐ分布定数型漏洩防止回路又は素子とを備えたことを特徴としている。

本願請求項２の発明に係るアンテナ装置は、請求項１において、前記送信アンテナ及び前記受信アンテナがそれぞれ複数設けられていることを特徴としている。

本願請求項３の発明に係るアンテナ装置は、請求項１又は２において、前記送信アンテナ及び前記受信アンテナは絶縁基板に形成された平面アンテナであることを特徴としている。

本願請求項４の発明に係るアンテナ装置は、請求項１，２又は３において、前記分布定数型漏洩防止回路又は素子を、前記送信アンテナ及び前記受信アンテナを設けた筐体の一部で構成したことを特徴としている。

本願請求項５の発明に係るアンテナ装置は、請求項１，２，３又は４において、前記分布定数型漏洩防止回路又は素子が、少なくとも表面が導電性の部材で、前記送信アンテナから前記受信アンテナに向かう方向に幅λ／４で、深さがλ／４（λ：送信波の波長）の凹溝を１つ又は複数有するチョーク回路又は素子であることを特徴としている。

本願請求項６の発明に係るアンテナ装置は、請求項３において、前記分布定数型漏洩防止回路又は素子が、前記送信アンテナ及び前記受信アンテナ間の前記絶縁基板に形成されていて、前記送信アンテナから前記受信アンテナに向かう方向に直交する長さがλ／４（λ：送信波の波長）よりも僅かに長い導体パターン又はスリットからなる反射器で構成されることを特徴としている。

本願請求項７の発明に係るパルス波レーダー装置は、請求項１，２，３，４，５又は６記載のアンテナ装置と、送信パルスで変調された送信波を前記送信アンテナを介して放射する送信手段と、前記送信波が目標物で反射された反射波を前記受信アンテナを介して受信する受信手段と、前記送信波の送出時間から前記反射波の受信時間までの遅れ時間を検出する距離測定手段とを備えたことを特徴としている。

本発明に係るアンテナ装置によれば、送信アンテナと受信アンテナ間に分布定数型漏洩防止回路又は素子を備えるので、前記送信アンテナから放射された送信波が直接前記受信アンテナに漏洩することを防止でき、送信アンテナと受信アンテナ間の間隔を少なくして小型化及び用途拡大が可能である。

そして、本発明に係るパルス波レーダー装置においては、前記アンテナ装置を用いることで、前記送信アンテナから放射された送信波が直接前記受信アンテナに漏洩することを防止できるため、送信波の送信中においても受信手段の機能は損なわれない。また、前記アンテナ装置に送信手段及び受信手段を一体化することも可能である。

さらに、本発明に係るアンテナ装置及びパルス波レーダー装置においては、送信パルス幅が長い送信波を用いる場合でも近距離測定が可能となる（送信波の直接漏洩を微弱化できるので、反射波の受信動作が損なわれない）。

以下、本発明を実施するための最良の形態として、実施の形態を図面に従って説明する。

図１乃至図３で本発明に係るアンテナ装置及びこれを用いたパルス波レーダー装置の実施の形態１を説明する。これらの図において、アンテナ装置４０は、送信アンテナ４１と受信アンテナ４２とを絶縁基板（誘電体基板）４３上に形成し、金属等の少なくとも表面が導電性の筐体５０内に絶縁基板４３を取り付けてある。

送信アンテナ４１及び受信アンテナ４２は、例えば絶縁基板４３の主面に所定のアンテナ導体パターンを形成し、絶縁基板４３の裏面（主面の反対面）に接地導体を形成した平面アンテナ構造である。

また、送信アンテナ４１の送信パルス波の主輻射方向は絶縁基板４３に略垂直な前方であり、送信アンテナ４１と受信アンテナ４２間のアイソレーションのために筐体５０の一部５０ａが両アンテナ４１，４２間に配置されるが、この場合、筐体５０の一部５０ａが分布定数型のチョーク回路（チョーク素子）６０を構成している。つまり、図２に示すように、筐体５０の一部５０ａは、送信アンテナ４１から受信アンテナ４２に向かう方向に幅λ／４で、深さがλ／４（λ：送信波の波長）の凹溝を１つ又は複数有している。

図２は、筐体５０の一部５０ａで構成される分布定数型のチョーク回路（チョーク素子）６０が基本的な分布定数回路のチョーク回路と等価であることを示す。

この場合、送信アンテナ４１の送信パルス波の主輻射方向は絶縁基板４３に略垂直な前方であるが、基板４３に沿って送信アンテナ４１から受信アンテナ４２に向かう漏洩電波が発生する。図１のアンテナ装置４０では、この漏洩電波を筐体５０の一部５０ａで構成した分布定数型のチョーク回路（チョーク素子）６０で十分に抑圧することができ、送信パルスを受信アンテナ４２側で受信してしまう不都合を実質的に無くすことが可能となる。

図３は図１のアンテナ装置４０を用いたパルス波レーダー装置であり、図７の送受信切り替えスイッチを不要とした回路構成である。送信手段としての送信機は、送信側混合器１１、パルス発生器１２及び局部発振器１３を備えている。そして、局部発振器１３で発生された搬送波信号は送信側混合器１１に供給され、ここでパルス発生器１２のパルス信号と混合され、パルス変調されて送信パルス波がアンテナ装置４０の送信アンテナ４１から放射される。

受信手段としての受信機は、受信用混合器２１、図６に示した距離測定回路２２及び局部発振器１３（送受共用）を備えている。そして、前記送信アンテナ４１から放射された送信パルス波が目標物で反射された反射波は受信アンテナ４２で受信され、受信信号は受信用混合器２１に加えられる。受信用混合器２１には局部発振器１３の搬送波信号が供給され、ここで受信信号と搬送波信号とが混合されて受信信号は周波数変換されて、図５に示した距離測定回路２２に印加される。この距離測定回路２２には前記パルス発生器１２のパルス信号も印加されており、距離に比例した検出信号を取り出すことができる。つまり、距離測定回路２２は、前記送信パルス波の送出時間から前記反射波の受信時間までの遅れ時間を検出して、前記目標物までの距離を算出する距離測定手段として機能するものである。

この場合、アンテナ装置４０の送信アンテナ４１から受信アンテナ４２に向かう漏洩電波は、前述したように筐体５０の一部５０ａで構成される分布定数型のチョーク回路（チョーク素子）６０で十分減衰するため、パルス波レーダー装置側に送受切り替えスイッチを設けなくとも、受信機側に受信障害は発生しない。このため、構成の簡素化が可能である。

また、近距離の測定の場合、目標物から反射された反射波が帰ってくる時間が短いので、送信パルス波を通常のパルス幅（例えば図１０の（Ｂ）,（Ｃ）のような占有帯域幅が広すぎないパルス幅）とすると、送信パルスの送出中に目標物で反射した反射パルスが帰ってくるが、受信アンテナ４２への送信パルス波の直接漏洩は微弱であるから、送信パルス波と目標物からの反射波とを区別でき（微弱な送信パルス波の漏洩信号は除去でき）、近距離の測定も可能である。

また、近距離の検出を行うために、非常に細いパルスを用いる必要がなくなる。

なお、図３の送信機及び受信機の回路構成は、図１の絶縁基板４３の裏面側に回路基板７０として配置し、筐体５０内に収納することができる。

この実施の形態１によれば、次の通りの効果を得ることができる。

(1) アンテナ装置４０の送信アンテナ４１から受信アンテナ４２に向かう漏洩電波は、筐体５０の一部５０ａで構成される分布定数型のチョーク回路（チョーク素子）６０で十分減衰させることが可能であり、送信アンテナ４１から放射された送信パルス波が受信アンテナ４２を経て受信機に直接漏洩して受信機の機能に影響を与える問題を解消できる。

(2) 物理的に送信アンテナ４１及び受信アンテナ４２の間隔を狭めることが出来るので、筐体５０の外形寸法も小さくなり、用途も広がる。とくに自動車搭載用として使用可能になる。また、筐体５０内にレーダー装置の回路部分である回路基板７０を収納できる。

(3) 送信アンテナ４１から受信アンテナ４２に向かう漏洩電波は前記分布定数型のチョーク回路（チョーク素子）６０で減衰を受けて微弱化され、漏洩電力は微小となるため、近距離測定の場合でも、送信パルスの幅が長い時間の送信パルス波を用いて測定可能である。

(4) その結果として、長い送信パルス波を用いることか出来るので、占有周波数幅が狭くて済み、本装置以外の電波応用使用者に対する妨害障害を最小限に出来る。

(5) 筐体５０の一部５０ａ（チョーク部分）とアンテナ４１，４２を形成した絶縁基板４３とを、例えばネジのようなもので締めて接合しても、どうしても隙間は開くが、この様な機械的接続の欠点があっても、前記筐体５０の一部５０ａが分布定数型のチョーク回路（チョーク素子）６０をなすことにより、良好な送信アンテナ４１と受信アンテナ４２間の漏洩特性を確保することか出来る構造が得られる。

なお、上記実施の形態１では筐体５０の一部５０ａで分布定数型のチョーク回路（チョーク素子）６０を構成したが、筐体５０とは別体（筐体から独立した部品）として同様形状の分布定数型のチョーク回路（チョーク素子）を絶縁基板４３上に固定配置してもよい。

図４は本発明の実施の形態２であって、アンテナ装置部分の構成を示す。この場合、送信アンテナ４１と受信アンテナ４２とを絶縁基板４３に設ける構成は図１の実施の形態１と同様であるが、筐体側でチョーク回路を形成する代わりに、送信アンテナ４１及び受信アンテナ４２間の絶縁基板４３上に分布定数型チョーク回路としての導体パターンの反射器８０を設けている。すなわち、反射器８０は、送信アンテナ４１及び受信アンテナ４２間の絶縁基板４３上に形成されていて、送信アンテナ４１から受信アンテナ４２に向かう方向に直交する長さがλ／４（λ：送信波の波長）よりも僅かに長い（換言すれば、送信周波数よりも少し低い（３％程度低い）共振周波数を持つ）反射用直線導体パターンで形成されている。

このように、アンテナ４１，４２を形成している基板４３自体に分布定数型チョーク回路を設ける場合は、基板４３に送信周波数より少し低い（３％程度低い）共振周波数を持つ反射器８０を導体パターンにより形成すれば、反射作用（八木宇田アンテナの反射器と同様）により受信アンテナ４２側に現れる漏洩電力を小さくできる。

なお、上記実施の形態２の絶縁基板４３上の導体パターンからなる反射器８０の代わりに、絶縁基板に前記導体パターンと同じ長さのスリット（直線状抜き穴）を形成し、その内面に導体を設けて反射器としてもよい。

図５は本発明の実施の形態３であって、アンテナ装置４０が主輻射方向の異なる複数の送信アンテナ４１及び受信アンテナ４２を有し、それを切り替え器４８，４９で切り替え使用する構成を示す。その他は実施の形態１の図３の回路構成と同様である。

主輻射方向の異なる複数の送信アンテナ４１及び受信アンテナ４２を切り替え使用することにより、レーダーの覆域を広げることができる。

以上本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者には自明であろう。

本発明のアンテナ装置及びこれを用いたパルス波レーダー装置は、小型で近距離目標物の検出に適し、車両搭載用レーダーとして利用できる。

本発明の実施の形態１であって、アンテナ装置部分の正断面図である。 実施の形態１におけるチョーク回路の説明図である。 実施の形態１であって、パルス波レーダー装置の回路構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２であって、アンテナ装置部分の平面図である。 本発明の実施の形態３であって、パルス波レーダー装置の回路構成を示すブロック図である。 パルス波レーダー装置における距離測定回路の１例を示すブロック図である。 送受切り替えスイッチ付きパルス波レーダー装置の回路図である。 送信パルスと反射パルスとが重なった状態を示す波形図である。 最小パルス幅と最小検知距離との関係を示す説明図である。 パルス幅による占有帯域幅を説明する周波数スペクトル図である。 従来のアンテナ装置の正断面図である。

符号の説明

１ 増幅器
２ 波形整形器
３ フリップフロップ
４ ローパスフィルタ
１０，４１ 送信アンテナ
１１，２１ 混合器
１２ パルス発生器
１３ 局部発振器
２０，４２ 受信アンテナ
２２ 距離測定回路
３０ 車両
４０ アンテナ装置
４３ 絶縁基板
４５，５０ 筐体
４８，４９ 切り替え器
５０ａ 筐体の一部
６０ チョーク回路
７０ 回路基板
８０ 反射器

Claims (7)

1. 送信アンテナと、受信アンテナと、両アンテナ間に配設されていて、前記送信アンテナから放射された送信波が直接前記受信アンテナに漏洩することを防ぐ分布定数型漏洩防止回路又は素子とを備えたことを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記送信アンテナ及び前記受信アンテナがそれぞれ複数設けられている請求項１記載のアンテナ装置。
3. 前記送信アンテナ及び前記受信アンテナは絶縁基板に形成された平面アンテナである請求項１又は２記載のアンテナ装置。
4. 前記分布定数型漏洩防止回路又は素子を、前記送信アンテナ及び前記受信アンテナを設けた筐体の一部で構成した請求項１，２又は３記載のアンテナ装置。
5. 前記分布定数型漏洩防止回路又は素子は、少なくとも表面が導電性の部材で、前記送信アンテナから前記受信アンテナに向かう方向に幅λ／４で、深さがλ／４（λ：送信波の波長）の凹溝を１つ又は複数有するチョーク回路又は素子である請求項１，２，３又は４記載のアンテナ装置。
6. 前記分布定数型漏洩防止回路又は素子は、前記送信アンテナ及び前記受信アンテナ間の前記絶縁基板に形成されていて、前記送信アンテナから前記受信アンテナに向かう方向に直交する長さがλ／４（λ：送信波の波長）よりも僅かに長い導体パターン又はスリットからなる反射器で構成される請求項３記載のアンテナ装置。
7. 請求項１，２，３，４，５又は６記載のアンテナ装置と、送信パルスで変調された送信波を前記送信アンテナを介して放射する送信手段と、前記送信波が目標物で反射された反射波を前記受信アンテナを介して受信する受信手段と、前記送信波の送出時間から前記反射波の受信時間までの遅れ時間を検出する距離測定手段とを備えたことを特徴とするパルス波レーダー装置。

Images