JP2012220418A

JP2012220418A - アンテナ装置およびレーダ装置

Info

Publication number: JP2012220418A
Application number: JP2011088428A
Authority: JP
Inventors: Minoru Tajima; 実田嶋
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-04-12
Filing date: 2011-04-12
Publication date: 2012-11-12

Abstract

【課題】コストが増大するのを抑えつつ高性能化が可能なアンテナ装置を得ること。
【解決手段】本発明にかかるアンテナ装置は、送信アンテナ２および受信アンテナ３が形成されたアンテナ基板１と、アンテナ基板１を覆うレドーム４と、を備え、アンテナ基板１においては、送信アンテナ２の偏波面と受信アンテナ３の偏波面が直交するように送信アンテナ２および受信アンテナ３が形成されており、レドーム４は、送信アンテナ２が送信した第１の電波の偏波面と受信アンテナ３が受信する第２の電波の偏波面が、レドーム４の外側においては平行となり、なおかつ、レドーム４の内側においては直交するように、第１の電波の偏波面および第２の電波の偏波面を回転させるポラライザ５，６を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、送信と受信を同時に行うＦＭ−ＣＷ（Frequency Modulation−Continuous Wave）方式のレーダ装置に利用されるアンテナ装置に関する。

車載ミリ波レーダに採用されているレーダ方式の一つとしてＦＭ−ＣＷ方式がある。この方式のレーダ装置は、送信アンテナと受信アンテナを別個に備え、動作中は送信と受信を同時に行い、目標からの反射波を受信して処理することで、目標までの距離や目標の移動速度を検出するものである。同一のアンテナで送信と受信を交互に行うパルス方式のレーダ装置と比較して回路構成が簡単であり、低コストにできる長所がある。

車載ミリ波レーダに採用する場合、送信アンテナからの送信波は全て車両前方空間に放射されるのが理想であるが、実際には送信アンテナと受信アンテナは近接して配置されるので、送信波の一部が受信アンテナに漏れ込むことが避けられない。ＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置においては、この送信波の漏れ込みによって近距離目標からの反射波の識別が困難になることがあり、送信アンテナと受信アンテナの間には一般に高いアイソレーションが必要となる。

車載ミリ波レーダのアンテナ方式としては、装置の小型化のため低姿勢形状が可能なアレーアンテナ方式が採用されることが多く、導波管スロットアンテナやマイクロストリップアンテナなどが一般的である。またレーダの偏波面としては、斜め４５度の直線偏波が採用されることが多い。この偏波では対向車両が同様のレーダ装置を備えている場合、自車両からの送信波の偏波面と対向車両からの送信波の偏波面が直交するため互いにレーダの干渉を低減できるためである。

この場合、アレーアンテナを構成する素子アンテナを鉛直に対し４５度傾けた配置にする必要が生じるが、スロットアンテナやマイクロストリップアンテナなどの素子アンテナの放射特性は、偏波方向と同一面において無指向性に近い特性であるため、送信アンテナと受信アンテナが近接している配置では送受間のアイソレーション低下を招きやすい。また、アンテナ前面には外乱に対する物理的保護のためレドームと称する覆いを設けることが一般的であるが、レドーム面に入射した送信波（自レーダ装置から放射した電波）の一部は反射して受信アンテナに入射し、これも送受アイソレーションを低下させる原因になることが多い。

このような送受アイソレーションの低下を防止するための技術として、例えば特許文献１に記載のレーダ装置用送受信アンテナにおいては、アンテナ基板における送信アンテナの形成領域と受信アンテナの形成領域との間を仕切るように電波吸収体を設けた構成を採用し、送信アンテナから受信アンテナへの送信電力の漏れ込みや回り込みを低減している。

特開２００５−２４９６５９号公報

しかしながら、上記従来技術のように電波吸収体を利用して送受アイソレーションの低下を防止する場合には、電波吸収体が高価であること、および電波吸収体の実装においては耐環境性確保のため多くの手段を講じる必要があることから、コスト高になるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、コストが増大するのを抑えつつ高性能化が可能なアンテナ装置およびレーダ装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるアンテナ装置は、送信アンテナおよび受信アンテナが形成されたアンテナ基板と、前記アンテナ基板を覆うレドームと、を備え、前記アンテナ基板においては、前記送信アンテナの偏波面と前記受信アンテナの偏波面が直交するように前記送信アンテナおよび前記受信アンテナが形成されており、前記レドームは、前記送信アンテナが送信した第１の電波の偏波面と前記受信アンテナが受信する第２の電波の偏波面が、レドームの外側においては平行となり、なおかつ、レドームの内側においては直交するように、前記第１の電波の偏波面および前記第２の電波の偏波面を回転させるポラライザ、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、レドームを通過する前の送信波とレドームを通過した後の受信波のアイソレーションを向上させることができるとともに、レドームで反射した送信波（送信アンテナが送信し、レドームで反射された電波）の受信アンテナへの送信電力の漏れ込みや回り込みを低減することができ、コストが増大するのを抑えつつ高性能なアンテナ装置を実現できる、という効果を奏する。また、送信と受信を同時に行うレーダ装置のアンテナ装置として適用できる、という効果を奏する。

図１は、従来のアンテナ装置を構成しているアンテナ基板の正面図である。図２は、実施の形態にかかるアンテナ装置を構成しているアンテナ基板の正面図である。図３は、アンテナ装置の正面図である。図４は、図３のアンテナ装置をＡ−Ａ’線に沿って切断した場合の断面図である。

以下に、本発明にかかるアンテナ装置およびレーダ装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
まず、本実施の形態のアンテナ装置を説明する前に、比較のために従来のアンテナ装置を簡単に説明する。

図１は、従来のアンテナ装置を構成しているアンテナ基板の正面図である。図示したアンテナ基板は、樹脂基板上にエッチングで作製したマイクロストリップ素子（素子アンテナ）を配列したアレーアンテナであり、受信アンテナは目標の角度方向を検出するために複数チャンネル、少なくとも２チャンネル以上設ける必要がある。図１では、４チャンネルとした場合の例を示している。偏波面は斜め４５度偏波であり、そのため、送信アンテナおよび受信アンテナとも、各素子アンテナを偏波面が４５度傾く配置としている。送信波の電界成分は垂直方向と水平方向に分解できるが、図１のように送信アンテナと受信アンテナを水平方向に並置した場合、水平方向の電界成分の結びつきにより、送受間のアイソレーション低下を招くことになる。そのため、図示は省略しているが、既に説明したように、電波吸収体を利用したアイソレーション低下対策などが必要となる。

次に、本実施の形態のアンテナ装置を説明する。図２〜図４は、本実施の形態にかかるアンテナ装置の構成例を示す図である。具体的には、図２は、アンテナ装置を構成しているアンテナ基板の正面図、図３は、アンテナ装置の正面図、図４は、図３のアンテナ装置をＡ−Ａ’線に沿って切断した場合の断面図である。

図２に示したように、アンテナ基板１には、送信アンテナ２および受信アンテナ３が形成されている。送信アンテナ２は、給電端子２１および複数の素子アンテナ２２を含み、素子アンテナ２２が給電線路２３を介して給電端子２１に接続された構成となっている。受信アンテナ３は、複数チャネル分（図２の例では４チャネル分）のアンテナからなり、各アンテナは、給電端子３１および複数の素子アンテナ３２を含み、素子アンテナ３２が給電線路３３を介して給電端子３１に接続された構成となっている。また、送信アンテナ２の偏波面は水平方向、受信アンテナ３の偏波面は垂直面となるように、各素子アンテナ２２，３２の偏波を設定している。なお、送信アンテナ２および受信アンテナ３は、図１に示した従来のアンテナ基板上の各アンテナと同様に、樹脂基板上にエッチングで作製したものである。

また、図３，４に示したように、アンテナ基板１は外乱に対する物理的保護のためにレドーム４で覆われており、レドーム４は、送信アンテナ２から送信された電波の偏波面を回転させるためのポラライザ５と、受信アンテナ３が受信する電波の偏波面を回転させるためのポラライザ６とを備えている。図３に示したように、ポラライザ５は、送信アンテナ２から送信された電波が入射すると、その偏波面を、レドーム４の外側から見て左回りに４５度回転させる。すなわち、入射側（送信アンテナ２側）から見て右回りに４５度回転させる。この結果、送信アンテナ２から送信された電波の偏波面は、レドーム４の外側においては、従来のアンテナ装置（図１参照）と同様、斜め４５度偏波となる。一方、ポラライザ６は、受信アンテナ３が受信する電波が入射すると、その偏波面を、レドーム４の外側（＝入射側）から見て左回りに４５度回転させる。この結果、受信アンテナ３が受信する電波の偏波面は、レドーム４の内側においては、受信アンテナ３の偏波面と一致するようになる。

このように、本実施の形態のアンテナ装置は、アンテナ基板上に、それぞれの偏波面が直交する送信アンテナおよび受信アンテナが形成され、アンテナ基板を覆うレドームは、送信波の偏波面を入射側から見て右回りに４５度回転させる、送信波用のポラライザと、受信波の偏波面を入射側から見て左回りに４５度回転させる、受信波用のポラライザとを備えることとした。これにより、各アンテナ（送信アンテナ２，受信アンテナ３）付近（レドーム４の内側）における送受間のアイソレーション、すなわち、レドーム４（ポラライザ５）を通過する前の送信波とレドーム４（ポラライザ６）を通過した後の受信波のアイソレーションを向上させることができるとともに、レドーム４で反射した送信波（送信アンテナ２が送信し、レドーム４で反射された電波）の受信アンテナへの送信電力の漏れ込みや回り込みを低減することができ、高性能なアンテナ装置を実現できる。また、高価な電波吸収体を利用する必要がないので、コストの増大を低く抑えることができる。加えて、レドーム４を通過した後の送信波とレドーム４を通過する前の受信波の偏波面が一致するため、すなわち、レドーム４の外側における送信波と受信波の偏波面が一致するため、ＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置に適用することができ、レーダ装置の通常の機能を実現できる。また、レドーム４の外側における送信波と受信波の偏波面は、上述した従来のＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置と同様に斜め４５度の直線偏波となるので、対向車両に搭載されたレーダ装置との干渉量を低く抑えることができる。

なお、本実施の形態では、送信アンテナを水平偏波、受信アンテナを垂直偏波としたが、送信アンテナを垂直偏波、受信アンテナを水平偏波としてもよい。また、送信アンテナ２上のポラライザ５が、偏波面を入射側から見て右回りに４５度回転させ、受信アンテナ３上のポラライザ６が、偏波面を入射側から見て左回りに４５度回転させることとしたが、左右の関係は逆でもよく、両ポラライザの偏波回転方向が逆であればよい。

なお、ポラライザの構成は、樹脂基板上にメアンダラインをエッチングで作製することが可能であり、例えば次の論文などに紹介されている。

標題：Meander-Line Polarizer for Arbitrary Rotation of Linear Polarization
著者：WU T-K（California Inst. Technology, CA USA）
資料名：IEEE Microwave and Guided Wave Letters Vol.4 No.6 Page199-201

以上のように、本発明にかかるアンテナ装置は、送信と受信を同時に行う場合に有用であり、特に、車載ミリ波レーダに採用されているＦＭ−ＣＷ方式レーダ装置のアンテナ装置に適している。

１アンテナ基板
２送信アンテナ
３受信アンテナ
４レドーム
５，６ポラライザ
２１，３１給電端子
２２，３２素子アンテナ
２３，３３給電線路

Claims

送信アンテナおよび受信アンテナが形成されたアンテナ基板と、
前記アンテナ基板を覆うレドームと、
を備え、
前記アンテナ基板においては、前記送信アンテナの偏波面と前記受信アンテナの偏波面が直交するように前記送信アンテナおよび前記受信アンテナが形成されており、
前記レドームは、前記送信アンテナが送信した第１の電波の偏波面と前記受信アンテナが受信する第２の電波の偏波面が、レドームの外側においては平行となり、なおかつ、レドームの内側においては直交するように、前記第１の電波の偏波面および前記第２の電波の偏波面を回転させるポラライザ、を備えることを特徴とするアンテナ装置。
前記ポラライザによって回転させられた後の前記第１の電波が斜め４５度の直線偏波となるように構成したことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
前記ポラライザは、前記第１の電波の偏波面を、入射側から見て右回りまたは左回りに４５度回転させ、前記第２の電波の偏波面を、入射側から見て、前記第１の電波の偏波面に対する回転とは逆回りに４５度回転させることを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ装置。
前記ポラライザは、前記第１の電波の偏波面を回転させるための第１のポラライザと前記第２の電波の偏波面を回転させるための第２のポラライザからなり、前記第１のポラライザは前記送信アンテナを覆うように配置され、前記第２のポラライザは前記受信アンテナを覆うように配置されていることを特徴とする請求項１、２または３に記載のアンテナ装置。
請求項１〜４のいずれか一つに記載のアンテナ装置を備えたことを特徴とするレーダ装置。