JP2008256717A - 多ビーム車両レーダシステム - Google Patents

Abstract

【課題】簡単且つ安価に実現可能であり、電力損失が低減された多ビーム車両レーダシステムを提供する。
【解決手段】給電部（２０１〜２０３）と集束手段（２０４）とからなるアンテナ（２０）を備えていて、アンテナが全体で少なくとも二つのアンテナローブ（２１１〜２１３）を発生する多ビーム車両レーダシステムにおいて、第１のアンテナローブ（２１２）が、アンテナの主ビーム軸（２８）の上に存在していて、レーダ信号の送信及び受信のために利用可能であり、且つ第２のアンテナローブ（２１１，２１３）がレーダ信号の受信のためにだけ利用可能であり、第１のおよび第２のアンテナローブが一つの平面上にあり、アンテナが第２のアンテナローブ（２１１，２１３）を発生しており、これらが、第１のアンテナローブ（２１２）と並んで両側で互いに対称的に存在し、レーダ信号の受信にだけ利用可能である。
【選択図】図２

Description

この発明は多ビーム車両レーダシステムに関する。この場合、多ビームとは、レーダシステムに一つ又は複数のアンテナが装備されていて、これが全体で少なくとも二つのアンテナローブを発生するという意味である。

そのような車両レーダシステムは例えばＥＰ ０ ４９８ ５２４ Ａ２によって周知である。この文献において、送信路用及び受信路用の二つの分離したアンテナを使用している車両レーダシステムが開示されている。送信アンテナは、ホーンアンテナ及びこれの前に配置されたアンテナレンズから構成され、比較的広いアンテナローブを有している。受信アンテナは、全部で三つの受信素子及び同様に一つのアンテナレンズからなっている。受信アンテナは三つの互いに移動して存在するアンテナローブを発生し、これにより受信レーダ信号の角度割当てを行うことができる。この既述のレーダシステムにおける欠点は、送信用及び受信用の二つの分離したアンテナを使用しているために比較的大きい場所を必要とすることである。その外に、このような場合にはアンテナ素子に対する比較的長いフィーダ線が必要であり、これがその減衰のために特に受信の場合には望ましくない電力損失を生じることになる。このようなレーダシステムの更なる問題は、その構造条件による非対称性の補正にある。

分離した送信ローブ及び受信ローブを備えたレーダシステムの類似の原理は、例えばスコルニク著「レーダハンドブック（“Ｒａｄａｒ Ｈａｎｄｂｏｏｋ”，ｖｏｎ Ｍ．Ｓｋｏｌｎｉｋ）」第２版、２０．７ｆページにより周知である。ここではいわゆる積重ねビームレーダが記述されており、これは複数の垂直「積重ね」受信ローブを有している。可能なレーダ目標はそれに対してただ一つだけの送信ローブによって照射されるが、これはすべての受信ローブを覆うために十分に広く構成されている。このような解決策の問題点又は欠点に関しては、前述の事柄が同様に通用する。

ＤＥ出願１９ ５３０ ０６５．３においては、多ビーム車両レーダシステムが記述されており、これは送信路及び受信路に対して同じアンテナを使用している。このアンテナは、全体で三つの送受信素子及びこの前に配置された一つの共通のアンテナレンズから構成されている。このアンテナはそれに応じて同様に三つのアンテナローブを発生する、送信及び受信用の一つの共通のアンテナを使用したこのようなレーダシステムにおける欠点は、送信信号及び受信信号の分離にある。この課題に対して、ここに記述されたレーダシステムにおいては、以下で二重ラットレースとして示される回路装置が使用される。そのような二重ラットレースは、主としてマイクロストリップ技術において製作された回路装置であって、これは送受信切換器及び受信ミクサを接続する。精確な機能方法は、例えばＵＫ出願ＧＢ ２ ２９０ ０００Ａに記述されている。そのような二重ラットレースを用いて送信信号及び受信信号を同時に一つのアンテナにより送信し且つ受信することができる。それに関して、そのような二重ラットレースは特にＦＭＣＷ方式によるレーダシステムに適している。しかしながら、そのような二重ラットレースはシステム条件によっては減衰を生じることになり、これは特にレーダシステムにおいて必然的に弱い受信信号として表面化する。

この発明の課題は、簡単に且つ安価に実現可能であって、電力損失が構成素子のゆえに、特に二重ラットレース又はサーキュレータのような送受信切換器のゆえに、最小限に減らされている多ビーム車両レーダシステムを提供することである。更に、分離式送信及び受信アンテナを使用した場合に生じる欠点をも回避しようとするものである。

この発明の多ビーム車両レーダシステムは、全体で少なくとも二つのアンテナローブを発生し、そのうちの少なくとも一つがレーダ信号の送信及び受信のために利用可能であり且つこのアンテナローブの少なくとも一つの別のものがレーダ信号の受信のために利用可能である。

この発明において前述のアンテナローブは、一つのアンテナに属しており且つ一つの平面上にある。
また、この発明において、アンテナの主ビーム軸上には、レーダ信号の受信のためにだけ利用可能であるアンテナローブがある（図１）。このアンテナローブと並んでどちらの側にもそれぞれ少なくとも一つの別のアンテナローブがあって、これらはレーダ信号の送信及び受信のために利用可能である。

更に、この発明において、アンテナの主ビーム軸上には、レーダ信号の送信及び受信のために利用可能であるアンテナローブがある（図２）。この場合それぞれの側にそれぞれ少なくとも一つの別のアンテナローブがあって、これらはレーダ信号の受信のためだけに利用可能である。

この発明によれば、既知の多ビーム車両レーダシステムに比べて一つ又は複数の送受信切換器、特に二重ラットレース装置が削減され得ることである。これによって、この回路装置による信号減衰のゆえに生じる電力損失が減小される。

更に、この発明によれば、総合アンテナ特性曲線の対称性が改善される。同時に、ただ一つの共通アンテナを備えたレーダシステムがその構造容積に関して所有している利点は維持される。

次にこの発明の二つの実施例が図面に基づいて説明される。
図１はこの発明によるレーダシステムの第１の好適な実施例を示している。このシステムは、レーダ信号の送信にも又受信にも利用可能であるアンテナ１０を備えている。アンテナ１０は三つの給電部１０１，１０２及び１０３並びに一つの集束手段１０４を含んでおり、この集束手段としては、好ましくはアンテナレンズが使用される。しかしながら、ここでは又別の集束手段、例えば金属反射器が組込み可能である。アンテナレンズ１０４と関連して三つの給電部１０１ないし１０３はそれぞれ一つのアンテナローブを発生する。図１において、給電部１０１にはアンテナローブ１１１が、給電部１０２にはアンテナローブ１１２が、且つ給電部１０３にはアンテナローブ１１３が属している。ただし、ここではレーダシステムの機能に役立たない、場合により発生する副ローブは無視されている。アンテナローブ１１１及び１１３は、アンテナローブ１１２とそれぞれ部分的に重なるように調整されている。

給電部１０１ないし１０３は、パッチアンテナとして実施されているが、ホーンアンテナ又は他の励振器であってもよい。アンテナ１０のほかに、レーダシステムは信号発生部１１及び評価・制御装置１２を含んでいる。この実施例の更なる説明は、ＦＭＣＷ方式により作動するレーダシステムに関連している。しかしながら、この発明はパルスレーダシステムに対しても同様に使用可能である。

給電部１０１及び１０３はそれぞれ二重ラットレース（Ｄｏｐｐｅｌ−Ｒａｔ−Ｒａｃｅ）１３又は１４の入力に接続されている。両方の二重ラットレース１３，１４の第２入力は信号分岐線１７により信号発生部１１に接続されている。両方の二重ラットレース１３及び１４は、それぞれ一つのリング回路１３１，１４１並びにそれぞれ一つのミクサ１３２及び１４２を含んでいる。二重ラットレース１３及び１４の機能は既に上で引用されたＵＫ出願ＧＢ ２ ２９０ ０００ Ａに記述されている。しかしながら、以下にもう一度要約して説明する。ミクサ１３２及び１４２の出力信号に対応している二重ラットレース１３及び１４の出力信号は評価・制御装置１２に接続されている。

給電部１０２はミクサ１５の入力に直接接続されており、このミクサの出力は評価・制御装置１２に接続されている。ミクサ１５の第２入力は接続線１６を介して同様に信号発生部１１の信号を受け取る。しかしながら、信号分岐線１７とは異なって、接続線１６を介して比較的小さい信号部分だけが例えば容量的に減結合される。信号発生部１１は評価・制御装置１２により接続を介して制御される。

給電部１０２から始まって直線（一点鎖線）１８が描かれているが、これは全レーダシステムの主ビーム軸を象徴している。
次に、図示されたレーダシステムの機能説明のために、二重ラットレース１３，１４の動作方法を簡潔に記述する。リング回路１３１，１４１は、接続部に供給される信号を二つのそれぞれ隣接した接続部に均等に分配する。これは、例えば信号発生部１１からの送信信号がリング回路１３１によって給電部１０１とミクサ１３２の入力とに等分に分配されることを意味する。同様に、給電部１０１を介して受信レーダ信号としてリング回路１３１に到達する信号は一部分はミクサ１３２の第２入力に更に送られる。第２の部分は信号発生部１１からの信号が供給される接続部に到達する。この部分はそこに供給される送信信号と重ねられて、更なる信号利用のためには自由に使用できない。ミクサ１３２は専門家には周知のミクサであって、このミクサは供給された二つの信号から和及び差の周波数を発生する。そして、ここではＦＭＣＷレーダ方式に対応して、図示されていないフィルタを通じて送信レーダ信号と受信レーダ信号との間の差周波数が利用される。この差周波数は二重ラットレースの出力信号として評価・制御装置１２に到達し、そこで更に処理される。

この発明によるレーダシステムは次のように動作する。すなわち、信号発生部１１は評価・制御装置１２の制御の下で送信信号を発生する。この信号はリング回路１３１及び１４１を通して給電部１０１及び１０３に到達する。そこからこの信号は電磁波として放射される。この電磁波の伝搬は、アンテナ全体の指向特性に対応して主にアンテナローブ１１１及び１１３の内部で行われるが、これらは以下で送受信に関するものとしてＡＴＲで表示される。この電磁波により照射されるレーダ目標はこの波の一部分を反射し、次に、反射された一部分はアンテナローブ１１１ないし１１３及び給電部１０１ないし１０３の一つ又は複数のものを介して受信される。反射レーダ信号がアンテナローブ１１２、従って給電部１０２を介して受信されると、この信号は直接ミクサ１５に到達し、そこで結合線１６を介してミクサに到達する送信信号の部分と混合される。給電部１０１及び１０３を介して受信される反射レーダ信号はリング回路１３１及び１４１を介してミクサ１３２及び１４２に到達する。そこでこれらの信号は信号発生部１１のそれぞれその瞬間の送信信号と混合される。このようにして、三つすべてのミクサ１３２，１４２及び１５は受信レーダ信号とそれぞれその瞬間の送信信号との間の差周波数を形成する。この差周波数はＦＭＣＷレーダ方式に対応して評価・制御装置１２において利用される。

この発明によるレーダシステムの特徴は、送信信号が給電部１０１及び１０３を介してだけ、従ってアンテナローブ１１１及び１１３（ＡＴＲ）を介してだけ送信されることにある。しかしながら、このアンテナローブ１１１及び１１３がアンテナローブ１１２（ＡＲ、受信だけ）と部分的に重なっているために、このアンテナローブ１１２の検出領域にあるレーダ目標は同時に照射される。このためその反射もまたアンテナローブ１１２を介して給電部１０２によって受信されることが可能である。

この実施例の特別の利点は、車両における使用のために最も重要なアンテナローブである中央のローブにおける信号減衰に基づく電力損失が、二重ラットレースの形式をした送受信切換器を使用しないことによって減小されることである。

図２は、この発明の代替的実施例を示している。このレーダシステムの構成は大部分において第１実施例のそれに対応している。アンテナ２０は、三つの給電部２０１ないし２０３並びに集束素子としての誘電体レンズ（アンテナレンズ）２０４を含んでいる。この誘電体レンズ２０４と関連して、それぞれの給電部２０１ないし２０３はアンテナローブ２１１ないし２１３を発生する。この場合、外側のアンテナローブ２１１及び２１３は、幅が狭く且つ非常に幅広のアンテナローブ２１２によって広範囲に重ねられている。アンテナローブ２１２は、レーダシステムの主ビーム軸２８を中心にして配置されていて、送信にも受信にも利用される唯一のアンテナローブＡＴＲである。これに対応してその給電部２０２は、リング回路２５１及びミクサ２５２からなる二重ラットレース２５と接続されている。この二重ラットレース２５の出力はやはり評価・制御装置２２に供給されている。二重ラットレース２５の第２入力は信号発生部２１に接続されている。給電部２０１及び２０３はミクサ２３及び２４のそれぞれ一方の入力に直接接続されている。それらミクサの出力信号は評価・制御装置２２に供給されている。ミクサ２３及び２４はその第２入力においてそれぞれ、接続線２６を介して例えば容量的に減結合される、信号発生部２１からの送信信号の一部分を受け取る。

一つだけ存在する二重ラットレース２５に基づいて理解できるように、この実施例によるレーダシステムにおいてはアンテナローブ２１２を介してだけ送信され且つ受信される。しかしながら、存在し得るレーダ目標からの反射は、アンテナローブ２１１及び２１３を介して給電部２０１及び２０３によっても受け入れられる。このように、この実施例に対応するレーダシステムはただ一つの二重ラットレース２５で済む。更なる利点は、そのように照射されたレーダ目標においては多重放射の電磁波による干渉が生じないことである。

個々のアンテナローブ１１１〜１１３及び２１１〜２１３の異なったパターンは対応して形成された集束手段によって実現できる。例えば、アンテナレンズ１０４，２０４を使用した場合にはこれは好ましくは種々のレンズ領域に細分されており、これのそれぞれの形態が個々の給電部１０１〜１０３及び２０１〜２０３の位置と関連して個々のアンテナローブの種々のパターンを生じることになる。

中央のアンテナローブが受信にだけ利用される、この発明によるレーダシステムの構成図である。 二つの外側のアンテナローブが受信にだけ利用される、この発明によるレーダシステムの構成図である。

符号の説明

１０，２０ アンテナ
１１，２１ 信号発生部
１０１，１０２，１０３ 給電部
２０１，２０２，２０３ 給電部
１０４ 集束手段（アンテナレンズ）
２０４ 誘電体レンズ
１１１，１１２，１１３ アンテナローブ
２１１，２１２，２１３ アンテナローブ
１３，１４，２５ 二重ラットレース
１２，２２ 評価・制御装置
１８，２８ 主ビーム軸

Claims (4)

1. 少なくとも一つの給電部（２０１〜２０３）と、
   一つの集束手段（２０４）と
   からなる少なくとも一つのアンテナ（２０）を備えていて、
   この少なくとも一つのアンテナが全体で少なくとも二つのアンテナローブ（２１１〜２１３）を発生する多ビーム車両レーダシステムにおいて、
   これらのアンテナローブの少なくとも一つの第１のアンテナローブ（２１２）が、前記のアンテナの主ビーム軸（２８）の上に存在していて、レーダ信号の送信及び受信のために利用可能であり、且つこれらのアンテナローブの少なくとも一つの第２のアンテナローブ（２１１，２１３）がレーダ信号の受信のためにだけ利用可能であること、
   前記の第１のおよび第２のアンテナローブが一つの平面上にあること、
   前記のアンテナが少なくとも二つの前記の第２のアンテナローブ（２１１，２１３）を発生しており、これらが、前記の第１のアンテナローブ（２１２）と並んで両側で互いに対称的に存在していてレーダ信号の受信にだけ利用可能であること
   を特徴とする多ビーム車両レーダシステム。
2. 前記の第１のアンテナローブが、前記の第２のアンテナローブと少なくとも部分的に重なるように発生されていることを特徴とする請求項１に記載の多ビーム車両レーダシステム。
3. 前記の第１のアンテナローブを生じさせる前記の給電部が二重ラットレースに接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の多ビーム車両レーダシステム。
4. 前記の第２のアンテナローブを生じさせる前記の給電部が受信ミクサに直接接続されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の多ビーム車両レーダシステム。

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