JP2013541002A - 車両のためのレーダセンサ、特にｌｃａセンサ - Google Patents

Abstract

本発明は、並置された複数のアンテナ素子（１０、１２、１４、１６）を有する平面アレイアンテナの形態による送信アンテナ（Ｔｘ）と、アンテナ素子に対してマイクロ波電力を供給する給電ネットワーク（２６）と、を備える車両（４４）のためのレーダセンサにおいて、給電ネットワーク（２６）が、アンテナ素子（１０、１２、１４、１６）に、列の一方の端から他方の端へと一定の増分値により位相ずれが増大するマイクロ波電力を供給するよう構成されることを特徴とする、上記レーダセンサに関する。
【選択図】図３

Description

本発明は、並置された複数のアンテナ素子を有する平面アレイアンテナの形態による送信アンテナと、アンテナ素子に対してマイクロ波電力を供給する給電ネットワークと、を備える車両のためのレーダセンサに関する。

車両内での使用のために構想されるレーダセンサのアンテナは、ＨＳ（高周波）基板上のパッチアンテナとして実現されることが多い。このことは、レーダセンサを安価に組み立てることを可能とする。アレイアンテナの使用によって、レーダレンズを必要とすることなく、方位角及び／又は仰角におけるレーダセンサの所望の指向性が達成される。レーダ信号の放出のため、及び反射された信号の受信のために別体のアンテナが利用されることが多い。方位角における送信アンテナの所望の指向性は、基板上に並置された複数のアンテナ素子に、マイクロ波電力が同相で給電されることで達成される。その場合に干渉によって、その主光線方向が基板の面に対して直角に方向付けられたレーダローブであって、約−４５°から＋４５°の方位角範囲をカバーする上記レーダローブが生成する。受信側でも同様に、並置された複数のアンテナ素子又はパッチ（Ｐａｔｃｈ）が利用されるが、この複数のアンテナ素子又はパッチは、異なる受信チャネルに属するため、異なるアンテナ素子により受信された信号間の位相差を利用して、物体の方位角を推測することが可能である。

本発明は特に、例えば、自車線上又は追い越し車線上の後ろから近づく車両について注意喚起することで、車線変更の際に運転者を支援するＬＣＡシステム（Ｌａｎｅ Ｃｈａｎｇｅ Ａｉｄ、車線変更支援）における、車両のための後部空間・レーダセンサを対象とする。この場合レーダセンサは、速い車両も適時に検出しうるために、後ろの方向に向かって大きな射程距離を有する必要があり、他方では、追い越し車線上に僅かな間隔を取って又はほぼ同じ高度に存在する車両であって、運転者の死角にある上記車両を位置特定できる必要がある。

本発明の課題は、上記要請を満たすことを可能とする簡単に組み立てられ安価なレーダセンサを創出することである。

本課題は、本発明に基づいて、冒頭に挙げた形態のレーダセンサであって、給電ネットワークが、アンテナ素子に、列の一方の端から他方の端へと一定の増分値により位相ずれが増大するマイクロ波電力を供給するよう構成される、上記レーダセンサによって解決される。

様々なアンテナ素子により放射されるレーダ波間の干渉によって、非対称なアンテナパターンが形成されるため、マイクロ波電力の大部分が高い強度で特定の方向に放射されると同時に、マイクロ波電力のより少ない部分が、方位角が高いサイドの方に放射される。このようにして、１つのレーダセンサを用いて、自車線上及び追い越し車線上の後続トラフィックを、死角に至るまで検出することが可能である。

本発明の有利な実施形態及び発展形態は従属請求項に示される。

好適な実施形態において、放出されるマイクロ波の振幅もアンテナ素子ごとに異なるように、例えば、上記振幅がアンテナ素子の列の一方の端から反対側の端に向かって減少するように、給電ネットワークが構成される。これによって、放射されたレーダ光線の電力分配が方位角に渡って均一化され、従って、メインローブとサイドローブとの間にある位置特定の隙き間が大幅に埋められる。

以下では、本発明の実施形態が図面を用いてより詳細に記載される。
図示されない基板上に横一列に配置された複数のアンテナ素子の概略図を、個々のアンテナ素子の位相及び振幅割り当ての一例と共に示す。 図１のアンテナ構成、並びに、位相及び振幅割り当てについてのアンテナパターンを示す。 本発明の一実施形態に係るレーダセンサの概略図を示す。 本発明に係るＬＣＡレーダセンサの位置特定パターンを示す。

図１には、図示されないＨＦ（高周波）基板上に等間隔に横一列に配置された４つのアンテナ素子１０、１２、１４、１６が示されている。アンテナ素子は、ここでは、個々のパッチとして提示される。以下で詳細に記載する給電ネットワークを介して、アンテナ素子はマイクロ波信号を獲得し、このマイクロ波信号はその後、レーダ光線として放射される。アンテナ素子間の間隔ｄは、示される例では、マイクロ波光線の半波長（ｄ＝λ／２）である。

アンテナ素子１０、１２、１４、１６の位相及び振幅割り当ても同様に図１に示されている。列の左端のアンテナ素子１０（位相＝０°）に対して、第２のアンテナ素子１２は６０°の位相ずれを有し、第３のアンテナ素子１４は１２０°の位相ずれを有し、第４のアンテナ素子１６は、１８０°の位相ずれを有する。即ち、位相ずれは、同じ増分値（６０°）により増大し、列の互いに反対の端にあるアンテナ素子１０と１６とは、逆位相の信号を獲得する。

信号の振幅は、アンテナ素子の列に渡って左から右へとリニアに減少する。最も左のアンテナ素子１０の振幅が１．０で正規化される場合に、振幅は、右に向かってアンテナ素子ごとに減少する。示される例では、振幅は、アンテナ素子１２について０．７に減少し、アンテナ素子１４について０．５に減少し、最後にアンテナ素子１６について０．３５に縮小する。

図２は、図１で示した位相及び振幅割り当てから得られるアンテナパターンを示している。図２の曲線１８は、アンテナ素子１０、１２、１４、１６により放射されたレーダ光線の相対電力を、方位角の機能として示す。個々のアンテナ素子により放射された光線部分の間の干渉により、方位角約２０°で際立ったメインローブが生成する。より大きな方位角については電力が落ちる。これに対して、＋２０°〜−９０°の範囲内に幾つかのサイドローブが存在し、従って、電力は約−６０°の範囲まで比較的高いレベルのままである。図１の不均一な振幅の割り当てによって、アンテナパターンにおいてサイドローブの最大値が相対的に弱く際立つことが達成される。

図３は、図１の送信アンテナ構成を備えたレーダセンサの基本的な構成要素の詳細な回路図を示す。

４つのアンテナ素子１０、１２、１４、１６は共に送信アンテナＴｘを形成する。３つの更なる別のアンテナ素子２０は、横方向に不等間隔に配置され、共に受信アンテナＲｘを形成する。アンテナ素子１０〜１６及び２０はそれぞれ、一列のパッチ２２で構成され、このパッチ２２にマイクロ波信号が同相で結合される。従って、干渉によって、高度においては、仰角０°で（基板に対して直角）際立ったメインローブを有する放射パターンが獲得される。このメインローブは、約‐４５°から＋４５°の間の角度範囲に渡って膨らんでいる。これに対して、サイドローブは弱く形成される。

これに対して方位においては、送信アンテナＴｘの放射パターンは図２のアンテナパターンに対応し、従って、全体として、垂直方向には収束し水平方向には非対称に膨らんだレーダ光線が、レーダレンズを利用することなく獲得される。

送信アンテナＴｘのためのマイクロ波電力は発振器２４によって生成され、並列の給電ネットワーク２６を介して、個々のアンテナ素子１０、１２、１４、１６に供給される。このネットワークは最初に、発振器２０の出力口から、λ／３、即ち波長λの３分の１分だけ長さが異なる２つの枝線２６へと分岐する。その後、各枝線２６は再び、それぞれλ／６分だけ長さが異なる２つの枝線３０又は３２へと分岐する。このようにして、図１で示した位相割り当てが達成される。振幅割り当てを設定するために、枝線２８のうちの１つ、枝線３０のうちの１つ、及び、枝線３２のうちの１つがそれぞれ、所謂インピーダンス変成器３４を有し、このインピーダンス変成器３４によって、該当するアンテナ素子に転送される電力が所望の量だけ調整される。

受信アンテナＲｘの３つのアンテナ素子２０は、３チャネル混合器３６と接続され、この３チャネル混合器３６は、各個々のアンテナ素子２０により受信された信号と、発信器２４により伝達された送信信号とを混合する。３チャネル混合器３６の出力口３８では、混合物として中間周波数信号が獲得され、その周波数は、送信アンテナＴｘにより放射された光線と、同じ時間に受信アンテナＲｘの該当するアンテナ素子２０により受信された光線との周波数差に相当する。発振器２４の周波数はランプ形状に変調されるため（ＦＭＣＷレーダ、Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ、周波数変調連続波）、中間周波数信号の周波数は、信号往復時間、即ち測定物体との間隔と、ドップラーシフト、即ち物体の相対速度とに依存する。中間周波数信号間の位相差は、様々なアンテナ素子２０により受信されるレーダエコー間の対応する位相差を表している。この位相差は、並置されたアンテナ素子２０への信号経路の様々な長さに依存し、従って測定物体の方位角についての情報を与える。

中間周波数信号の評価はそのようなものとして公知であり、ここで詳細に記載しない。

送信アンテナのアンテナ素子１０、１２、１４、１６、及び受信アンテナのアンテナ素子２０、並びに給電ネットワーク２６は、３チャネル混合器３６、発信器２４、及び、場合によっては、レーダセンサの更なる別の構成要素も収容する共通の基板上にマイクロストリップ技術により形成することが可能である。

図４には、本発明に係るレーダセンサ４２の位置特定視野４０が示されている。レーダセンサ４２は、方位角０°が、直交する座標系（ｘ’、ｙ’）のｙ’軸に対応するように車両４４の後部に組み込まれ、上記座標系（ｘ’、ｙ’）は、車両の座標系（ｘ、ｙ）に対して幾分ずれている（ｙ軸が車両の後退・走行方向に対応する）。

示される例では、レーダセンサ４２は後部空間・レーダセンサであり、即ち車線変更が意図される際に運転者に後続トラフィックについて注意喚起するＬＣＡシステムの構成要素である。本例では、後続トラフィックは、（ここでは左側通行の場合の）追い越し車線に近づいている車両４６、４８で構成される。レーダセンサは、広範囲に及ぶ自身のメインローブが（方位角＋２０°分だけ）追い越し車線と、車両４４自身の車線の大部分とをカバーするように方向付けられている。従って、例えば車両４６を早期に検出することが可能である。車両４８は今まさに追い越そうとしており、車両４４の運転者にとっては死角に入っている。しかしながら、位置特定視野の非対称な形状に基づいて、車両４８も未だ検出することが可能である。

送信アンテナＴｘのためのマイクロ波電力は発振器２４によって生成され、並列の給電ネットワーク２６を介して、個々のアンテナ素子１０、１２、１４、１６に供給される。このネットワークは最初に、発振器２４の出力口から、λ／３、即ち波長λの３分の１分だけ長さが異なる２つの枝線２８へと分岐する。その後、各枝線２８は再び、それぞれλ／６分だけ長さが異なる２つの枝線３０又は３２へと分岐する。このようにして、図１で示した位相割り当てが達成される。振幅割り当てを設定するために、枝線２８のうちの１つ、枝線３０のうちの１つ、及び、枝線３２のうちの１つがそれぞれ、所謂インピーダンス変成器３４を有し、このインピーダンス変成器３４によって、該当するアンテナ素子に転送される電力が所望の量だけ調整される。

Claims (6)

1. 並置された複数のアンテナ素子（１０、１２、１４、１６）を有する平面アレイアンテナの形態による送信アンテナ（Ｔｘ）と、前記アンテナ素子に対してマイクロ波電力を供給する給電ネットワーク（２６）と、を備える車両（４４）のためのレーダセンサにおいて、前記給電ネットワーク（２６）が、前記アンテナ素子（１０、１２、１４、１６）に、前記列の一方の端から他方の端へと一定の増分値により位相ずれが増大する前記マイクロ波電力を供給するよう構成されることを特徴とする、レーダセンサ。
2. 前記列の互いに反対の前記端にある前記アンテナ素子（１０、１６）は、逆位相で駆動される、請求項２に記載のレーダセンサ。
3. 前記レーダセンサは、４つのアンテナ素子（１０、１２、１４、１６）を備え、アンテナ素子ごとの前記位相ずれは６０°である、請求項２に記載のレーダセンサ。
4. 前記給電ネットワーク（２２’）はさらに、前記アンテナ素子（１０、１２、１４、１６）に、様々な振幅のマイクロ波電力を供給するよう構成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーダセンサ。
5. 前記振幅は、前記アンテナ素子（１０、１２、１４、１６）の前記列に沿って、前記位相ずれが増大する方向に向かって減少する、請求項４に記載のレーダセンサ。
6. 隣接車線上のほぼ同じ高度に存在する物体（４８）も含めて、自車両（４４）の後ろの僅かな縦間隔を取って存在する物体（４６、４８）から大きな縦間隔を取って存在する物体（４６、４８）まで位置特定するレーダセンサ（４２）を備える、車両のための運転者システムにおいて、前記レーダセンサは、請求項１〜５のいずれか１項に記載のレーダセンサ（４２）１個により形成されることを特徴とする、車両のための運転者システム。
   

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