JP2006145444A - モノパルスレーダアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】 モノパルス方式による方位検知において、平面アンテナの端部で被検出物からの反射が回折する干渉波が受信アンテナに受信されるため、この干渉波を抑制し、モノパルス方式による方位角度検知精度を向上させる。
【解決手段】 受信アンテナの各々は複数のアンテナ素子からなるアレイアンテナであって、検知方位角方向に偶数の素子列をもち、前記素子列の隣り合う間隔をレーダで使用する周波数の波長の半分の奇数倍程度としたアレイアンテナとする。 また、隣り合う前記素子列の間隔が変更できない場合で、前記受信アンテナの各々は複数のアンテナ素子からなる平面アレイアンテナであって、検知方位角方向に偶数の素子列をもち、平面アンテナを構成する面の端部に導体を配し、前記導体の先端から隣り合う前記素子列までの距離の差をレーダで使用する周波数の波長の半分の奇数倍程度となる前記導体の厚みとする。
【選択図】図３

Description

本発明は、電波を照射し、その電波による被検出物による反射波を複数の受信アンテナで受信し、その複数の受信アンテナの受信信号間の振幅差もしくは位相差により被検出物の方位を検出するモノパルスレーダで、特に車両等の移動体に搭載される車載用レーダのモノパルスレーダに関する。

従来、車両等の移動体に搭載され、移動体，障害物等の被検出物の速度，位置を検出する車載用レーダシステムが知られている。被検出物の方位を検出する主なレーダシステムとして、アンテナをモータによって、機械的に回転させる機械走査方式、ビームの指向方向が異なる複数のアンテナを切り換えるビームスイッチ方式（例えば、公開特許公報，特開平８−３３４５５７号），モノパルス方式（例えば、Artech House社出版，Samuel M.
Sherman著の“Monopulse Principles and Techniques”の第８頁から第１９頁）が有る。このモノパルス方式は、図１０（ａ）に示すように、障害物である被検知物１１からの反射波を２つの受信アンテナ１０−１，１０−２で受信し、ハイブリッド回路１２でその和信号ｐと差信号ｑを生成する。生成された和信号ｐと差信号ｑの相対電力と方位角との関係は、図１０（ｂ）のようになり、和信号ｐと差信号ｑの比ｔと方位角の関係は、図１０（ｃ）のようになる。図１０（ｃ）において、和信号ｐと差信号ｑの比ｔは方位角に関して単調増加関数になるので、和信号と差信号の比ｔから一義的に被検出物の方位角を決定できる。

特開平８−３３４５５７号公報 モノパルス プリンシプルス アンド テクニックス、サミュエルエム シェルマン、アーテクハウス(Monopulse Principles and Techniques、SamuelM. Sherman、Artech House)

車載用レーダにおいて、検出物の距離，相対速度とともに方位を精度良く検知することが要求される。モノパルス方式による方位検知は複数のアンテナで被検知物からの反射を受信し、その受信信号間の振幅差もしくは位相差により検出するため、干渉波の存在で方位角度に誤差が生ずる場合がある。この干渉波を生ずる要因の一つに、たとえば平面アンテナでは、アンテナの端で被検出物からの反射が回折し、受信アンテナに受信されることがある。

本発明は上記の問題を解決するためになされたもので、モノパルス方式による方位角度検知精度を向上したアンテナおよびレーダシステムを提供するものである。

複数の受信アンテナ各々の受信信号間の振幅差または位相差により方位を検出するモノパルスレーダシステムにおいて、前記受信アンテナの各々は複数のアンテナ素子からなるアレイアンテナであって、検知方位角方向に偶数の素子列をもち、前記素子列の隣り合う間隔をレーダで使用する周波数の波長の半分の奇数倍±１／４波長としたアレイアンテナとする。あるいは、隣り合う前記素子列の間隔が変更できない場合で、前記受信アンテナの各々は複数のアンテナ素子からなる平面アレイアンテナであって、検知方位角方向に偶数の素子列をもち、平面アンテナを構成する面の端部に導体を配し、前記導体の先端から隣り合う前記素子列までの距離の差をレーダで使用する周波数の波長の半分の奇数倍±１／４波長となる前記導体の厚みとする。

上記の手段により、たとえば、平面アンテナにおいては平面アンテナの端で被検出物からの反射が回折した信号が偶数の受信アンテナ要素で合成される際にこの信号が相殺され、回折波の影響がなくなり、モノパルス方式による方位角度検知精度の高いアンテナおよびレーダシステムを提供できる。特に広角度を検知するためにビーム幅を広げ、広範囲においてアンテナゲインが高いアンテナをもつレーダシステムに有効である。

図１は、該レーダを車両１３の前方エリア１４−１，後方等エリア１４−２，斜め前方エリア１４−３，１４−４，斜め後方エリア１４−５，１４−６を検知できるように配した図である。図のように各レーダは左右方向の角度検知のために用いられる場合を例とする。

各レーダの構成を示したものを図２に示す。発振器１５で、信号処理回路の信号により変調された信号が発振される。その信号は、電力増幅器１６で増幅され、送信アンテナ
２０より放射される。放射された信号は、車両などのターゲットで反射し、二つの受信アンテナ２１で受信される。受信された信号は、ハイブリット回路１９で和信号と差信号に変換された後、低雑音増幅器１８で増幅される。低雑音増幅器１８で増幅された信号は、発振器１５からの信号の一部と混合器１７でダウンコンバートされる。ダウンコンバートされた信号（ＩＦ信号）の周波数は、受信信号の周波数と発振器信号の周波数との差となる。受信信号はターゲットとの相対速度により、発振器の周波数からドップラシフトしている。したがってＩＦ信号はドップラ周波数となる。ＩＦ信号の強度は、混合器に入力される信号の強度に比例する。ＩＦ信号は、信号処理回路で処理されて、ターゲットの距離，相対速度，角度を検知する。

差信号と和信号との比を、例えば、予め保持されているデータを格納しているメモリやメモリ内に配列されているデータテーブルなどを参照して方位角を求める。

以下、図を用いて本発明の実施の形態の一例である実施例を説明する。

図３に示した実施例を説明する。なお、ここでは、受信側を中心に記載している。

図３はモノパルス受信の平面パッチアンテナである。基板４の上にパッチ１が多数形成され、給電点３−１，３−２までストリップ線路２でつながっている。左側のパッチアンテナ６−１は、パッチ列５−１とパッチ列５−２で構成され、給電点３−１にストリップ線路でつながっている。パッチ列５−１とパッチ列５−２で受信した信号が合成される際、ある時刻でパッチ列５−１とパッチ列５−２がそれぞれ受けた信号の位相差と同じ位相差となるように線路長が構成されている。

つまり、パッチ列５−１と５−２の受信信号の位相差が給電点３−１に反映される。

同様に、右側のパッチアンテナ６−２は、パッチ列５−３，パッチ列５−４がつながっている。パッチ列５−３と５−４の受信信号の位相差が給電点３−２に反映される。

本図では受信アンテナは２つであり、またパッチ列は各々二列であるが、アンテナ(列)の数はより多くの数のアンテナ（列）に拡張可能であり、それぞれのパッチ列は偶数であれば拡張できる。それぞれのパッチ列としての受信信号に対するアンテナゲインは同じになるように形成する。このアンテナゲインは、例えば、配線の幅でインピーダンスを決めることができるので、分配比を変えてアンテナゲインを変えることができる。

隣り合うパッチ列の間隔であるパッチ列間隔ａは波長λである電波を用いたレーダシステムでは(２ｎ＋１)λ／２，ｎ＝０，１，２，…となるように配置する。このとき、被検知物で反射して戻り、基板４の左右の端で回折した電波は、アンテナ列対であるパッチアンテナ６−１において、経路７−１の１列目のパッチ列５−１で受信され、経路７−２で２列目のパッチ列５−２で受信される。したがって、被検知物から直接パッチ列５−１，５−２で受信された電波は合成される際にほぼ同位相であるのに対して、基板４の端で回折して受信される電波は合成される際に、位相が反転しているために、打ち消し合うことになる。これにより、回折の影響を抑えることができる。

図４は、回折点からの位相を表した図である。図３のパッチ列５−１の回折点から距離Ｌ１のとき、Ｌ１からパッチ列間隔ａ離れたパッチ列５−２の位相差は１８０°なので、合成された場合、打消し合うことになる。右のパッチアンテナ６−２も同様に回折した信号は打ち消される。

上述のシステム構成で、受信アンテナに図３のような平面パッチアンテナを用い、パッチ列間隔ａがレーダで使用する周波数の波長の半分の奇数倍±１／４波長としない場合とした場合の角度に対する信号強度を図５に示す。

パッチ列間隔ａがレーダで使用する周波数の波長の半分の奇数倍±１／４波長としない場合の和信号ｐ２，差信号ｑ２は、回折波の影響でうねったパターンになるのに対し、パッチ列間隔ａがレーダの送信周波数の波長の半分の奇数倍±１／４波長とした場合の和信号ｐ１，ｑ１は回折波を相殺するためにうねりがなくなる。

この和信号と差信号の比を求めたものが図６である。パッチ列間隔ａがレーダで使用する周波数の波長の半分の奇数倍±１／４波長としない場合の和信号と差信号の比ｔ２（＝ｑ２／ｐ２）はうねっているため、ｔ２の値に対して一意に方位角が求まらないのに対して、パッチ列間隔ａがレーダの送信周波数の波長の半分の奇数倍±１／４波長とした場合は和信号と差信号の比ｔ１（＝ｑ１／ｐ１）はうねりがなく、ｔ１に対して一意に角度を求めることができる。このように、本発明により、回折波による角度検知の誤差となる影響をなくすことができる。

次に図７に示した実施の形態の一つを説明する。図７は図３とおなじ符号はおなじものを示す平面パッチアンテナの例であるが、パッチ列の間隔ａは任意である。さらに、金属等の導体８を基板端に配置する。導体８の端辺９からアンテナ列５−１までの行路と５−２までの行路の差ｂ１と端辺９からアンテナ列５−３までの行路と５−４までの行路の差ｂ２がそれぞれ（２ｎ＋１）λ／２、ｎ＝０，１，２，…になるべく近くなるように導体８の高さｈを決定する。このとき、被検知物からの反射が導体８の端辺９で回折してアンテナで受信される場合、実施例で説明した原理と同様に、被検知物からの反射を直接受信アンテナで受信した信号はほぼ同位相のため強め合うが、導体８で回折した電波はほぼ位相が反転して打ち消し合うため、回折の影響を抑えることができる。

図８〜図１０も実施形態の一例であり、図８の実施例は図２の実施例の導体８を左右に配したものである。導体８−１と導体８−２とが、アンテナ基板４の両側にあることから、反射係数が大きいほうを優先して距離を定めることが可能になる。

図９は、パッチ列として合成されない場合の実施形態の例である。図中の２のストリップ線路の片側の線路長をλ／２分延ばすことで位相反転を抑制できる。

レーダによる角度検知を説明する図。 レーダの構成を示す図。 モノパルス受信の平面パッチアンテナを示す図。 回折点からの位相を表す図。 従来と本発明の相対電力による信号強度と方位角の関係を示す図。 従来と本発明の差信号と和信号の比と方位角の関係を示す図。 パッチ列間隔を任意にした場合のアンテナを示す図。 導体を左右に配した場合のアンテナを示す図。 ストリップ線路の線路長を延ばした場合のアンテナを示す図。 従来技術を説明する図。

符号の説明

１…パッチ、２…ストリップ線路、３−１，３−２…アンテナ給電点、４…アンテナ基板、５−１，５−２，５−３，５−４…パッチ列、６−１，６−２…パッチアンテナ、７−１，７−２…回折波経路、８，８−１，８−２…導体、９…端辺、１０−１，１０−２…受信アンテナ、１１…被検知物、１２…ハイブリット回路、ａ…パッチ列間隔、ｂ１，ｂ２…回折波の経路差、ｐ…和信号、ｑ…差信号。

Claims (2)

1. 複数の受信アンテナ各々の受信信号間の振幅差または位相差により方位を検出するモノパルスレーダであって、前記受信アンテナの各々は複数のアンテナ素子からなる素子列アンテナを有し、前記素子列アンテナは、検知方位角方向に偶数の素子列をもち、前記素子列の隣り合う間隔を前記モノパルスレーダの送信周波数の波長の半分の奇数倍±１／４波長としたことを特徴とするモノパルスレーダ。
2. 複数の受信アンテナ各々の受信信号間の振幅差または位相差により方位を検出するモノパルスレーダであって、前記受信アンテナの各々は複数のアンテナ素子を平面上に配置した平面素子列アンテナを有し、検知方位角方向に偶数の素子列をもち、前記平面素子列アンテナを構成する面の端部に導体を配し、前記導体の先端から隣り合う前記素子列までの距離の差をレーダの送信周波数の波長の半分の奇数倍±１／４波長とするように前記導体の厚みとしたことを特徴とするモノパルスレーダ。
   

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