JP2015226291A - Electronic scanning type antenna device for vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両に搭載される電子走査方式の車両用アンテナ装置に関する。 The present invention relates to an electronic scanning vehicle antenna device mounted on a vehicle.
レーダ装置において、検知精度上、水平方向走査に加えて仰角方向走査も行うことが望ましい。そこで、従来から水平方向走査と仰角方向走査を行う技術が開発されている。 In the radar apparatus, it is desirable to perform elevation angle scanning in addition to horizontal scanning for detection accuracy. Therefore, techniques for performing horizontal scanning and elevation scanning have been developed.
例えば、特許文献１には、アンテナ素子を縦横に多数配置し、電子ビーム走査で水平方向走査と仰角方向走査を行うアレーアンテナ装置が開示されている。ここで、特許文献１に記載の技術では、水平方向走査を実現するためにアンテナ素子を横一列に並べ、これに加えて仰角方向走査も実現するためにアンテナ素子を縦方向にも並べている。そのため、特許文献１に記載の技術では、全体のアンテナ素子数が増加し、このアンテナ素子数の増加に伴って高周波回路などの数も増加するため、結果的に製造コストが高くなる。 For example, Patent Document 1 discloses an array antenna device in which a large number of antenna elements are arranged vertically and horizontally, and horizontal scanning and elevation scanning are performed by electron beam scanning. Here, in the technique described in Patent Document 1, the antenna elements are arranged in a horizontal row in order to realize horizontal scanning, and in addition, the antenna elements are also arranged in the vertical direction in order to realize elevation angle scanning. Therefore, in the technique described in Patent Document 1, the total number of antenna elements increases, and the number of high-frequency circuits and the like increase with the increase in the number of antenna elements, resulting in an increase in manufacturing cost.
製造コストを抑えるためにはアンテナ素子数を減らす必要があるが、単純にアンテナ素子数を減らすとアンテナ全体の開口面積が減ってしまいアンテナの利得が低下してしまう。また、ビーム幅が大きくなり角度分解能も低下してしまう。これに対しては、例えば１つのアンテナ素子のサイズを大きくすることで、アンテナ全体の開口面積を減らさずにアンテナ素子数を減らすことは可能である。しかし、この場合はアンテナ素子同士の素子間隔が大きくなるので、位相折返しの生じない最大角度である最大検知角が小さくなり、その結果メインローブの近くにグレーティングローブも発生してしまうことになる。 In order to reduce the manufacturing cost, it is necessary to reduce the number of antenna elements. However, if the number of antenna elements is simply reduced, the aperture area of the entire antenna is reduced, and the gain of the antenna is reduced. In addition, the beam width increases and the angular resolution also decreases. On the other hand, for example, by increasing the size of one antenna element, it is possible to reduce the number of antenna elements without reducing the opening area of the entire antenna. However, in this case, since the element spacing between the antenna elements is increased, the maximum detection angle, which is the maximum angle at which phase folding does not occur, decreases, and as a result, a grating lobe is also generated near the main lobe.
グレーティングローブ対策としては、実用上、グレーティングローブ発生方向のアンテナ素子の利得を低下させることで対応することができる。グレーティングローブ発生方向のアンテナ素子の利得を十分に下げるためにはグレーティングローブの発生方向をメインローブ方向から離すほど有利になる。 As a measure against the grating lobe, it can practically be dealt with by reducing the gain of the antenna element in the grating lobe generation direction. In order to sufficiently reduce the gain of the antenna element in the grating lobe generation direction, it is advantageous that the grating lobe generation direction is separated from the main lobe direction.
例えば、特許文献２には、横長のアンテナ素子が水平方向に複数個連結されたアレーアンテナのまとまりを２段とし、同方向に部分的にオーバーラップさせたアンテナ配置構造が開示されている。具体的には、特許文献２には、上下二段の横長アンテナの一方を水平方向に１／２素子分だけオフセットする例が開示されている。この場合、水平方向の素子間隔が等価的にアンテナ素子サイズに比べて狭くなるため水平方向のグレーティングローブの発生角度をメインローブから離すことができる。一方、縦方向の素子間隔がアンテナ素子高さとなるため、グレーティングローブの発生角度をメインローブから離すことはできない。 For example, Patent Document 2 discloses an antenna arrangement structure in which a plurality of array antennas each having a plurality of horizontally long antenna elements connected in the horizontal direction are arranged in two stages and are partially overlapped in the same direction. Specifically, Patent Document 2 discloses an example in which one of the two vertically long horizontal antennas is offset in the horizontal direction by ½ element. In this case, since the horizontal element spacing is equivalently smaller than the antenna element size, the horizontal grating lobe generation angle can be separated from the main lobe. On the other hand, since the vertical element spacing is the antenna element height, the grating lobe generation angle cannot be separated from the main lobe.
ここで、電子走査方式の車両用レーダ装置においては、検出対象となる車両周辺の物体は水平方向に存在するため、主に水平方向に一列に並べたアンテナで水平方向走査を行っている。このため、車両用レーダ装置の走査範囲は、一般的に水平方向に広く、仰角方向に狭いため、アンテナ素子サイズは縦長になるのが一般的である。これは、車両周辺の物体を検出する場合には、検出対象が存在する仰角範囲は限定されるため、そのアンテナ指向性パターンは、方位角方向に広く、仰角方向に狭い形状が好ましいとされているからである。 Here, in the electronic scanning system vehicle radar apparatus, since objects around the vehicle to be detected exist in the horizontal direction, horizontal scanning is performed mainly by antennas arranged in a line in the horizontal direction. For this reason, since the scanning range of the vehicular radar device is generally wide in the horizontal direction and narrow in the elevation angle direction, the antenna element size is generally vertically long. This is because, when detecting an object around the vehicle, the elevation angle range in which the detection target exists is limited. Therefore, the antenna directivity pattern is preferably wide in the azimuth direction and narrow in the elevation direction. Because.
ところで、電子走査方式の車両用レーダ装置において仰角走査を行う場合には、縦長のアンテナ素子を上下に並べることが考えられる。しかしながら、このような場合、縦方向のアンテナ素子間距離が大きくなることから仰角方向の走査範囲におけるグレーティングローブの増加が課題となる。 By the way, when performing an elevation scan in an electronic scanning vehicle radar apparatus, it is conceivable to arrange vertically long antenna elements vertically. However, in such a case, since the distance between the antenna elements in the vertical direction becomes large, an increase in the grating lobe in the scanning range in the elevation angle direction becomes a problem.
本発明は、仰角方向の走査範囲におけるグレーティングローブの増加を低減しつつ車両高さ方向における検知角度範囲を広くできる電子走査方式の車両用アンテナ装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an electronic scanning vehicle antenna device capable of widening a detection angle range in a vehicle height direction while reducing an increase in grating lobes in a scanning range in an elevation angle direction.
本発明の電子走査方式の車両用アンテナ装置は、車両高さ方向の高さが車幅方向の幅よりも大きい複数のアレーアンテナ素子が、前記車幅方向に並べて配置された車載の電子走査方式の車両用アンテナ装置であって、前記車両高さ方向に１段となるように設けられたアレーアンテナ素子と、前記車両高さ方向に２段となるように設けられたアレーアンテナ素子とが、車幅方向視において部分的に重なる状態で、前記車幅方向に交互に配置されていることを特徴とする。 The electronic scanning vehicle antenna device of the present invention is a vehicle-mounted electronic scanning method in which a plurality of array antenna elements whose height in the vehicle height direction is larger than the width in the vehicle width direction are arranged side by side in the vehicle width direction. The antenna apparatus for a vehicle according to claim 1, wherein the array antenna element provided to be one step in the vehicle height direction and the array antenna element provided to be two steps in the vehicle height direction are: It is characterized by being alternately arranged in the vehicle width direction in a partially overlapping state when viewed in the vehicle width direction.
前記電子走査方式の車両用アンテナ装置において、前記車幅方向視において部分的に重なる状態とは、前記車両高さ方向に２段となるように設けられたアレーアンテナ素子のうち、前記車両高さ方向の上側に配置された上段のアレーアンテナ素子と、前記車両高さ方向の下側に配置された下段のアレーアンテナ素子との中間位置に対応する前記車両高さ方向の高さにて、前記車両高さ方向に１段となるように設けられたアレーアンテナ素子が中段のアレーアンテナ素子として配置されている状態であることが好ましい。 In the electronic scanning vehicle antenna device, the partially overlapping state when viewed in the vehicle width direction means that the vehicle height of the array antenna elements provided so as to have two stages in the vehicle height direction. At a height in the vehicle height direction corresponding to an intermediate position between an upper array antenna element arranged on the upper side of the direction and a lower array antenna element arranged on the lower side of the vehicle height direction, It is preferable that the array antenna elements provided so as to have one stage in the vehicle height direction are arranged as the middle stage array antenna elements.
前記電子走査方式の車両用アンテナ装置において、前記車幅方向視において部分的に重なる状態とは、前記中段のアレーアンテナ素子の前記車両高さ方向における半分の位置から前記車幅方向へ仮想線を引いた場合、前記上段のアレーアンテナ素子と、前記下段のアレーアンテナ素子とが、前記仮想線に対して前記車両高さ方向において対称となる高さに配置されている状態であることが好ましい。 In the electronic scanning vehicle antenna device, the partially overlapping state in the vehicle width direction view means that an imaginary line extends from a half position in the vehicle height direction of the middle array antenna element in the vehicle width direction. When pulled, it is preferable that the upper array antenna element and the lower array antenna element are arranged at a height that is symmetrical with respect to the virtual line in the vehicle height direction.
前記電子走査方式の車両用アンテナ装置において、当該電子走査方式の車両用アンテナ装置は、所定の周期性を持って配列される第一のアンテナ素子配列を前記上段のアレーアンテナ素子の配列パターンとして含み、且つ、前記第一のアンテナ素子配列における周期性とは異なる所定の周期性を持って配列される第二のアンテナ素子配列を前記中段のアレーアンテナ素子の配列パターンとして含み、且つ、前記第一のアンテナ素子配列及び前記第二のアンテナ素子配列のうち少なくとも一方における周期性とは異なる所定の周期性を持って配列される第三のアンテナ素子配列を前記下段のアレーアンテナ素子の配列パターンとして含むように、複数のアレーアンテナ素子が配列されており、前記第一のアンテナ素子配列から形成される第一指向性パターンと、前記第二のアンテナ素子配列から形成される第二指向性パターンと、前記第三のアンテナ素子配列から形成される第三指向性パターンと、ｗ合成することにより、グレーティングローブの形成を抑制する処理を実行し、前記第一のアンテナ素子配列のアンテナ素子間隔である第一素子間隔と、前記第二のアンテナ素子配列のアンテナ素子間隔である第二素子間隔と、前記第三のアンテナ素子配列のアンテナ素子間隔である第三素子間隔と、は共に、電波の波長の０．５倍以上の間隔であることを満たし、前記第一素子間隔と前記第二素子間隔と前記第三素子間隔とは、共に、数式１を満たすようなアンテナ素子間隔として設定される最小アンテナ素子間隔の整数倍の間隔であり、
０＜Ｄ＜（０．５λ／ｓｉｎ｜α｜） ・・・（数式１）
（数式１において、Ｄは最小アンテナ素子間隔を示し、αは所定の検知角度範囲を示し、λは電波の波長を示す）
前記第一素子間隔を前記最小アンテナ素子間隔の整数倍とする整数である第一の整数と、前記第二素子間隔を前記最小アンテナ素子間隔の整数倍とする整数である第二の整数と、前記第三素子間隔を前記最小アンテナ素子間隔の整数倍とする整数である第三の整数と、は互いに素な関係であり、且つ、共に２以上の正の整数であることを満たすことが好ましい。
In the electronic scanning vehicle antenna device, the electronic scanning vehicle antenna device includes a first antenna element array arranged with a predetermined periodicity as an array pattern of the upper array antenna elements. And a second antenna element array arranged with a predetermined periodicity different from the periodicity in the first antenna element array is included as the array pattern of the array antenna elements in the middle stage, and the first A third antenna element array arranged with a predetermined periodicity different from the periodicity of at least one of the antenna element array and the second antenna element array is included as an array pattern of the lower array antenna elements A plurality of array antenna elements are arranged, and a first finger formed from the first antenna element arrangement The grating lobe is formed by combining the directional pattern, the second directional pattern formed from the second antenna element array, and the third directional pattern formed from the third antenna element array. A first element interval that is an antenna element interval of the first antenna element array, a second element interval that is an antenna element interval of the second antenna element array, and the third element The third element interval, which is the antenna element interval of the antenna element array, satisfies that both are intervals of 0.5 times or more of the wavelength of the radio wave, and the first element interval, the second element interval, and the third element interval are satisfied. The element interval is an interval that is an integral multiple of the minimum antenna element interval that is set as an antenna element interval that satisfies Equation 1.
0 <D <(0.5λ / sin | α |) (Formula 1)
(In Equation 1, D indicates the minimum antenna element interval, α indicates a predetermined detection angle range, and λ indicates the wavelength of the radio wave)
A first integer that is an integer that is an integer multiple of the minimum antenna element interval, and a second integer that is an integer that is an integer multiple of the minimum antenna element interval, It is preferable that the third integer, which is an integer obtained by multiplying the third element interval by an integer multiple of the minimum antenna element interval, has a relatively prime relationship and both satisfy a positive integer of 2 or more. .
前記電子走査方式の車両用アンテナ装置において、前記第一のアンテナ素子配列に含まれる複数の上段のアレーアンテナ素子のうち少なくとも１つのアレーアンテナ素子の車両高さ方向の高さは、当該第一のアンテナ素子配列に含まれる他のアレーアンテナ素子の車両高さ方向の高さよりも前記第二のアンテナ素子配列側へ車両高さ方向に沿って近づくように移動した位置に配置され、且つ、前記第三のアンテナ素子配列に含まれる複数の下段のアレーアンテナ素子のうち少なくとも１つのアレーアンテナ素子の車両高さ方向の高さは、当該第三のアンテナ素子配列に含まれる他のアレーアンテナ素子の車両高さ方向の高さよりも前記第二のアンテナ素子配列側へ車両高さ方向に沿って近づくように移動した位置に配置されることが好ましい。 In the electronic scanning vehicle antenna device, the height in the vehicle height direction of at least one array antenna element among the plurality of upper array antenna elements included in the first antenna element array is the first height. It is arranged at a position moved so as to approach the second antenna element array side along the vehicle height direction from the height in the vehicle height direction of other array antenna elements included in the antenna element array, and the first The height in the vehicle height direction of at least one array antenna element among the plurality of lower array antenna elements included in the three antenna element arrays is the vehicle of the other array antenna elements included in the third antenna element array. It is preferable that the second antenna element array side is arranged at a position moved so as to approach the second antenna element array side along the vehicle height direction rather than the height in the height direction.
本発明に係る電子走査方式の車両用アンテナ装置によれば、仰角方向の走査範囲におけるグレーティングローブの増加を低減しつつ車両高さ方向における検知角度範囲を広くできるという効果を奏する。 The electronic scanning vehicle antenna device according to the present invention has an effect that the detection angle range in the vehicle height direction can be widened while the increase in the grating lobe in the scanning range in the elevation angle direction is reduced.
以下に、本発明にかかるアレーアンテナ素子の配置構造を有する電子走査方式の車両用アンテナ装置を備えた、車両に搭載される車両用レーダ装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments of a vehicle radar device mounted on a vehicle, including an electronic scanning vehicle antenna device having an array antenna element arrangement structure according to the present invention, will be described below in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment. In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily assumed by those skilled in the art or those that are substantially the same.
［実施形態１］
実施形態１について、図１〜図６を参照して説明する。図１は、実施形態１における車両用レーダ装置１００の構成の一例を示す図である。
[Embodiment 1]
The first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a vehicular radar apparatus 100 according to the first embodiment.
図１に示すように、実施形態１における車両用レーダ装置１００は、第１アレーアンテナ装置３０と、距離・速度検出部４０−１〜１０と、方位・仰角検出部５０とを備えて構成される。 As shown in FIG. 1, the vehicle radar device 100 according to the first embodiment includes a first array antenna device 30, distance / speed detection units 40-1 to 40-10, and an azimuth / elevation angle detection unit 50. The
ここで、図２を参照して、本発明にかかる第１アレーアンテナ装置３０について説明する。第１アレーアンテナ装置３０は、本発明にかかる電子走査方式の車両用アンテナ装置に対応する。図２は、実施形態１における電子走査方式の車両用アンテナ装置の一例を示す図である。 Here, with reference to FIG. 2, the 1st array antenna apparatus 30 concerning this invention is demonstrated. The first array antenna device 30 corresponds to the electronic scanning vehicle antenna device according to the present invention. FIG. 2 is a diagram illustrating an example of an electronic scanning vehicle antenna device according to the first embodiment.
図２に示すように、第１アレーアンテナ装置３０は、複数のアレーアンテナ素子２０を車幅方向及び車両高さ方向に配置したアレーアンテナ装置である。アレーアンテナ素子２０は、第１アレーアンテナ装置３０の構成素子である。ここで、アレーアンテナ素子２０自体が複数のアンテナ素子１０からなるアレーアンテナであってもよい。アレーアンテナ素子２０は、車両高さ方向の高さが車幅方向の幅よりも大きい縦長の長方形状である。アレーアンテナ素子２０の幅は車幅方向に対して並行であり、アレーアンテナ素子２０の高さは車両高さ方向に沿って並行である。本実施形態において、車幅方向は、水平方向及び横方向に対応する。車両高さ方向は、仰角方向及び縦方向に対応する。図２において、複数のアンテナ素子１０は、各アレーアンテナ素子２０の車両高さ方向に並べて配置される。 As shown in FIG. 2, the first array antenna device 30 is an array antenna device in which a plurality of array antenna elements 20 are arranged in the vehicle width direction and the vehicle height direction. The array antenna element 20 is a constituent element of the first array antenna device 30. Here, the array antenna element 20 itself may be an array antenna including a plurality of antenna elements 10. The array antenna element 20 has a vertically long rectangular shape whose height in the vehicle height direction is larger than the width in the vehicle width direction. The width of the array antenna element 20 is parallel to the vehicle width direction, and the height of the array antenna element 20 is parallel to the vehicle height direction. In the present embodiment, the vehicle width direction corresponds to the horizontal direction and the horizontal direction. The vehicle height direction corresponds to the elevation direction and the vertical direction. In FIG. 2, a plurality of antenna elements 10 are arranged side by side in the vehicle height direction of each array antenna element 20.
第１アレーアンテナ装置３０において、車両高さ方向に１段となるように設けられたアレーアンテナ素子２０と、車両高さ方向に２段となるように設けられたアレーアンテナ素子２０とが、車幅方向視において部分的に重なる状態で、車幅方向に交互に配置されている。 In the first array antenna device 30, an array antenna element 20 provided so as to be one step in the vehicle height direction and an array antenna element 20 provided so as to be two steps in the vehicle height direction are They are alternately arranged in the vehicle width direction in a partially overlapping state when viewed in the width direction.
ここで、車幅方向視において部分的に重なる状態とは、図２に示すように、車両高さ方向に２段となるように設けられたアレーアンテナ素子２０のうち、車両高さ方向の上側に配置された上段のアレーアンテナ素子と、車両高さ方向の下側に配置された下段のアレーアンテナ素子との中間位置に対応する車両高さ方向の高さにて、車両高さ方向に１段となるように設けられたアレーアンテナ素子２０が中段のアレーアンテナ素子として配置されている状態である。より具体的には、中段のアレーアンテナ素子の車両高さ方向における半分の位置から車幅方向へ仮想線を引いた場合、上段のアレーアンテナ素子と、下段のアレーアンテナ素子とが、仮想線に対して車両高さ方向において対称となる高さに配置されている状態である。この仮想線に対して車両高さ方向において対称となる高さに配置されている状態とは、例えば、図２に示すように、アレーアンテナ素子２０が、１段の列（中段の列）と２段の列（上段と下段の列）において、互いにアレーアンテナ素子２０の高さの１／２分ずつ重なる状態であることが好ましい。 Here, as shown in FIG. 2, the partially overlapping state in the vehicle width direction view is the upper side in the vehicle height direction among the array antenna elements 20 provided in two stages in the vehicle height direction. 1 in the vehicle height direction at a height in the vehicle height direction corresponding to an intermediate position between the upper array antenna element arranged in the lower position and the lower array antenna element arranged in the lower side in the vehicle height direction. In this state, the array antenna elements 20 provided so as to be in stages are arranged as the array antenna elements in the middle stage. More specifically, when a virtual line is drawn in the vehicle width direction from a half position in the vehicle height direction of the middle array antenna element, the upper array antenna element and the lower array antenna element become virtual lines. On the other hand, it is the state arrange | positioned at the height which becomes symmetrical in the vehicle height direction. For example, as shown in FIG. 2, the array antenna elements 20 are arranged in one row (middle row) as shown in FIG. It is preferable that two rows (upper and lower rows) overlap each other by half the height of the array antenna element 20.
本実施形態において、アレーアンテナ素子２０が１段の列と２段の列で重なる状態の程度は、中段のアレーアンテナ素子が上段のアレーアンテナ素子と下段のアレーアンテナ素子との中間の高さに位置していればよい。例えば、車両高さ方向の上側に配置された上段のアレーアンテナ素子の上端から、車両高さ方向の下側に配置されたアレーアンテナ素子の下端までの長さが、１つのアレーアンテナ素子２０の高さの２倍〜２．５倍の範囲であればよい。言い換えると、アレーアンテナ素子２０が１段の列（中段の列）と２段の列（上段と下段の列）において、当該互いにアレーアンテナ素子２０の高さの１／２〜１／４程度重なる状態であればよい。 In the present embodiment, the degree of the state in which the array antenna elements 20 overlap each other in the first row and the second row is such that the middle array antenna element has an intermediate height between the upper array antenna element and the lower array antenna element. It only has to be located. For example, the length from the upper end of the upper array antenna element arranged on the upper side in the vehicle height direction to the lower end of the array antenna element arranged on the lower side in the vehicle height direction is one array antenna element 20. It may be in the range of 2 to 2.5 times the height. In other words, the array antenna elements 20 overlap each other by about ½ to ¼ of the height of the array antenna elements 20 in one row (middle row) and two rows (upper and lower rows). Any state is acceptable.
また、本実施形態において、アレーアンテナ素子２０が１段の列と２段の列で重なる状態は、一方のアレーアンテナ素子２０が他方のアレーアンテナ素子２０上に覆い被さるように重なる状態を含まない。つまり、第１アレーアンテナ装置３０において、複数のアレーアンテナ素子２０は、互いに覆い被さらないように車幅方向に並べられて配置される。 Further, in the present embodiment, the state in which the array antenna elements 20 overlap each other in the first row and the second row does not include a state in which one array antenna element 20 overlaps the other array antenna element 20. . That is, in the first array antenna device 30, the plurality of array antenna elements 20 are arranged in the vehicle width direction so as not to cover each other.
なお、実施形態１の車両用レーダ装置１００が備える電子走査方式の車両用アンテナ装置として、図２に示した第１アレーアンテナ装置３０を一例に挙げたが、これに限定されない。実施形態１の車両用レーダ装置１００が備える電子走査方式の車両用アンテナ装置としては、図３に示す第２アレーアンテナ装置６０を用いてもよい。図３は、実施形態１における電子走査方式の車両用アンテナ装置の別の一例を示す図である。 In addition, although the 1st array antenna apparatus 30 shown in FIG. 2 was mentioned as an example as an electronic scanning system vehicle antenna apparatus with which the vehicle radar apparatus 100 of Embodiment 1 is provided, it is not limited to this. The second array antenna device 60 shown in FIG. 3 may be used as the electronic scanning vehicle antenna device provided in the vehicle radar device 100 of the first embodiment. FIG. 3 is a diagram illustrating another example of the electronic scanning vehicle antenna device according to the first embodiment.
図３に示すように、第２アレーアンテナ装置６０は、複数のアレーアンテナ素子７０を車幅方向及び車両高さ方向に配置したアレーアンテナ装置である。アレーアンテナ素子７０は、第２アレーアンテナ装置６０の構成素子である。アレーアンテナ素子７０は、車両高さ方向の高さが車幅方向の幅よりも大きい縦長の長方形状である。アレーアンテナ素子７０の幅は車幅方向に対して並行であり、アレーアンテナ素子７０の高さは車両高さ方向に沿って並行である。図２に示した第１アレーアンテナ装置３０では、複数のアンテナ素子１０からなる縦長の長方形状である複数のアレーアンテナ素子２０を車幅方向に並べて配置しているが、図３に示す第２アレーアンテナ装置７０では、複数のアンテナ素子１０からなるアレーアンテナとしてのアレーアンテナ素子２０ではなく、単一アンテナ素子としてのアレーアンテナ素子７０を車幅方向に並べて配置する点で異なる。以下、説明の便宜上、電子走査方式の車両用アンテナ装置として第１アレーアンテナ装置３０を一例に説明する。 As shown in FIG. 3, the second array antenna device 60 is an array antenna device in which a plurality of array antenna elements 70 are arranged in the vehicle width direction and the vehicle height direction. The array antenna element 70 is a constituent element of the second array antenna device 60. The array antenna element 70 has a vertically long rectangular shape whose height in the vehicle height direction is larger than the width in the vehicle width direction. The width of the array antenna element 70 is parallel to the vehicle width direction, and the height of the array antenna element 70 is parallel to the vehicle height direction. In the first array antenna device 30 shown in FIG. 2, a plurality of array antenna elements 20 each having a vertically long rectangular shape composed of a plurality of antenna elements 10 are arranged side by side in the vehicle width direction. The array antenna device 70 is different in that the array antenna element 70 as a single antenna element is arranged in the vehicle width direction instead of the array antenna element 20 as an array antenna composed of a plurality of antenna elements 10. Hereinafter, for convenience of explanation, the first array antenna device 30 will be described as an example of an electronic scanning vehicle antenna device.
図１に戻り、実施形態１の車両用レーダ装置１００の構成の説明を続ける。 Returning to FIG. 1, the description of the configuration of the vehicular radar apparatus 100 according to the first embodiment will be continued.
図１において、距離・速度検出部４０−１〜１０は、第１アレーアンテナ装置３０の各アレーアンテナ素子２０で受信した信号から、ターゲットの距離・速度を検出する距離・速度検出手段である。本実施形態において、距離・速度検出部４０−１〜１０は、当該技術分野で用いられる距離・速度の検出手法によってターゲットの距離・速度を検出する。距離・速度検出部４０−１〜１０は、第１アレーアンテナ装置３０上の全アレーアンテナ素子２０を使用して検出処理を行う。距離・速度検出部４０−１〜１０は、ターゲットの距離・速度の検出結果を方位・仰角検出部５０へ出力する。 In FIG. 1, distance / velocity detection units 40-1 to 40-10 are distance / speed detection means for detecting the distance / velocity of the target from signals received by the array antenna elements 20 of the first array antenna device 30. In the present embodiment, the distance / speed detectors 40-1 to 40-10 detect the distance / speed of the target by a distance / speed detection method used in the technical field. The distance / speed detectors 40-1 to 40-10 perform detection processing using all the array antenna elements 20 on the first array antenna device 30. The distance / velocity detection units 40-1 to 40-10 output the target distance / velocity detection results to the azimuth / elevation angle detection unit 50.
方位・仰角検出部５０は、距離・速度検出部４０−１〜１０の検出結果を用いてターゲットの方位及び仰角を検出してこの検出結果を出力する方位・仰角検出手段である。本実施形態において、方位・仰角検出部５０は、当該技術分野で用いられる方位・仰角の検出手法によってターゲットの方位・仰角を検出する。なお、方位・仰角検出部５０により出力される検出結果の一例については図６を参照して後述する。 The azimuth / elevation angle detector 50 is an azimuth / elevation angle detector that detects the azimuth and elevation angle of the target using the detection results of the distance / velocity detectors 40-1 to 40-10 and outputs the detection results. In the present embodiment, the azimuth / elevation angle detection unit 50 detects the azimuth / elevation angle of the target by an azimuth / elevation angle detection method used in the technical field. An example of the detection result output by the azimuth / elevation angle detection unit 50 will be described later with reference to FIG.
以上のように構成された実施形態１の車両用レーダ装置１００による検出結果出力処理の一例について図４を参照して説明する。図４は、実施形態１における処理の一例を示すフローチャートである。 An example of the detection result output process by the vehicle radar apparatus 100 according to the first embodiment configured as described above will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of processing in the first embodiment.
図４に示すように、距離・速度検出部４０−１〜１０は、第１アレーアンテナ装置３０の各アレーアンテナ素子２０で受信した信号から、ターゲットの距離・速度を検出する（ステップＳ１）。そして、方位・仰角検出部５０は、ステップＳ１にて距離・速度検出部４０−１〜１０により検出された検出結果を用いてターゲットの方位及び仰角を検出する（ステップＳ２）。そして、方位・仰角検出部５０は、ステップＳ２での検出結果を出力する（ステップＳ３）。なお、方位・仰角検出部５０により出力される検出結果の一例については図６を参照して後述する。 As shown in FIG. 4, the distance / speed detectors 40-1 to 40-10 detect the distance / speed of the target from the signals received by the array antenna elements 20 of the first array antenna device 30 (step S <b> 1). Then, the azimuth / elevation angle detection unit 50 detects the azimuth and elevation angle of the target using the detection result detected by the distance / speed detection units 40-1 to 10 in step S1 (step S2). Then, the azimuth / elevation angle detection unit 50 outputs the detection result in step S2 (step S3). An example of the detection result output by the azimuth / elevation angle detection unit 50 will be described later with reference to FIG.
以上説明したように、実施形態１のアレーアンテナ素子の配置構造を有する車両用アレーアンテナ装置によれば、以下に説明するように、従来の仰角方向走査用のアレーアンテナ装置における課題を解決することができる。 As described above, according to the vehicle array antenna apparatus having the array antenna element arrangement structure of the first embodiment, as described below, the problems in the conventional array antenna apparatus for elevation angle scanning are solved. Can do.
ところで、従来のレーダ装置で仰角方向の情報を得るには、水平方向走査用の縦長のアレーアンテナ素子を上下方向に並べて配置する必要があった。従来の仰角方向走査用のアレーアンテナ装置の一般的な構成としては、例えば、図５に示すように、水平方向走査用の縦長のアレーアンテナ素子を車両高さ方向に２段となるように設けた状態で、この２段のアレーアンテナ素子を車幅方向に向かって複数並べて配置する構造が考えられる。図５は、従来のアレーアンテナ素子の配置構造の一例を示す図である。しかし、図５に示すような従来のアレーアンテナ素子の配置構造では、例えば、アンテナのチャンネル数が増加してしまうといった課題や、車両高さ方向のアンテナ素子間隔が広くなってしまうため、仰角方向のグレーティングローブが狭い角度で発生するといった課題が生じてしまう（後述の図６における、従来のアレーアンテナ素子の配置構造によるアレーファクタの検出結果を参照）。 By the way, in order to obtain information in the elevation direction with a conventional radar apparatus, it is necessary to arrange vertically long array antenna elements for horizontal scanning in the vertical direction. As a general configuration of a conventional array antenna device for scanning in the elevation angle direction, for example, as shown in FIG. 5, a vertically long array antenna element for horizontal scanning is provided in two stages in the vehicle height direction. In such a state, a structure in which a plurality of the two-stage array antenna elements are arranged in the vehicle width direction is conceivable. FIG. 5 is a diagram showing an example of a conventional arrangement structure of array antenna elements. However, in the conventional array antenna element arrangement structure as shown in FIG. 5, for example, there is a problem that the number of antenna channels increases, and the antenna element spacing in the vehicle height direction becomes wide. This causes a problem that the grating lobes are generated at a narrow angle (refer to the detection result of the array factor by the conventional array antenna element arrangement structure in FIG. 6 described later).
これに対し、実施形態１のアレーアンテナ素子の配置構造を有する車両用アレーアンテナ装置は、上述の図２の第１アレーアンテナ装置３０及び図３の第２アレーアンテナ装置６０のように、１列おきにアレーアンテナ素子が１段、２段と繰り返す配置構造を有するアレーアンテナ装置となっている。このようなアレーアンテナ素子の配置構造によって、従来の仰角方向走査用のアレーアンテナ装置において生じていたアンテナ素子間隔が上下方向に広くなってしまうという課題を解決することができる。その結果、例えば、アンテナのチャンネル数の増加を低減でき、また、車両高さ方向のアンテナ素子間隔が狭くなることで、仰角方向のグレーティングローブ発生角度をメインローブから離すことが可能となる（後述の図６における、実施形態１のアレーアンテナ素子の配置構造によるアレーファクタの検出結果を参照）。 On the other hand, the array antenna device for a vehicle having the array antenna element arrangement structure of Embodiment 1 is arranged in one row like the first array antenna device 30 in FIG. 2 and the second array antenna device 60 in FIG. This is an array antenna apparatus having an arrangement structure in which array antenna elements are repeated in one and two stages. Such an arrangement structure of array antenna elements can solve the problem that the distance between the antenna elements, which has occurred in the conventional array antenna apparatus for scanning in the elevation angle direction, becomes wider in the vertical direction. As a result, for example, the increase in the number of antenna channels can be reduced, and the antenna element spacing in the vehicle height direction is narrowed, so that the grating lobe generation angle in the elevation angle direction can be separated from the main lobe (described later). FIG. 6 of FIG. 6 (see the array factor detection result of the array antenna element arrangement structure of the first embodiment).
ここで、アレーアンテナの指向性は、アレーアンテナ素子単体の指向性（エレメントファクタ）と、アレーアンテナ素子の配置構造とその励起条件（振幅・位相）によって決定されるアレーファクタとの積によって求められる。アレーアンテナ素子の配置構造によるグレーティングローブ発生角度の違いを確認するため、一例として基本となるアンテナ素子間隔を縦５λ×横１．５λ（ここで、実施形態１のアレーアンテナ素子の配置構造において縦方向オフセット量は２．５λ）と仮定して求めたアレーファクタを図６に示す。図６は、アレーアンテナ素子の配置構造の違いによるアレーファクタの比較例を示す図である。図６に示す実施形態１のアレーアンテナの素子構造のアレーファクタは、上述の方位・仰角検出部５０により出力される検出結果の一例である。図６の例では、従来及び実施形態１のアレーアンテナ素子の配置構造は共に、各アレーアンテナ素子数を１０素子で統一している。図６のアレーファクタの検出結果において、励振分布は一様励振、メインローブの方向は正面方向（仰角と方位角がともに０度の方向）とする。つまり、正面方向以外の強いローブは全てグレーティングローブである。 Here, the directivity of the array antenna is obtained by the product of the directivity (element factor) of the array antenna element alone and the array factor determined by the arrangement structure of the array antenna element and its excitation condition (amplitude / phase). . In order to confirm the difference in the grating lobe generation angle depending on the arrangement structure of the array antenna elements, as an example, the basic antenna element interval is 5λ × 1.5λ in length (here, in the arrangement structure of the array antenna elements of Embodiment 1) FIG. 6 shows an array factor obtained on the assumption that the direction offset amount is 2.5λ. FIG. 6 is a diagram showing a comparative example of the array factor due to the difference in the arrangement structure of the array antenna elements. The array factor of the element structure of the array antenna according to the first embodiment shown in FIG. 6 is an example of a detection result output by the above-described azimuth / elevation angle detection unit 50. In the example of FIG. 6, the arrangement structure of the array antenna elements according to the related art and the first embodiment is unified to 10 array antenna elements. In the array factor detection result of FIG. 6, the excitation distribution is uniform excitation, and the direction of the main lobe is the front direction (direction in which both the elevation angle and the azimuth angle are 0 degrees). That is, all the strong lobes other than the front direction are grating lobes.
図６に示すように、従来のアレーアンテナ素子の配置構造によるアレーファクタの検出結果では、グレーティングローブが仰角方向において近接して生じている。具体的には、図６において、方位角０度上にグレーティングローブがメインローブに近接して４つ存在している。一方、実施形態１のアレーアンテナ素子の配置構造によるアレーファクタの検出結果では、水平方向にグレーティングローブが発生しているものの、従来のアレーアンテナ素子の配置構造において仰角方向において近接して発生していたグレーティングローブは、メインローブから離れた角度に移動している。なお、グレーティングローブについては、エレメントファクタや送信アンテナ指向性との積で抑圧することになる。しかし、ビーム走査を行うとメインローブの移動に伴ってグレーティングローブの位置も移動するため、実施形態１のアレーアンテナ素子の配置構造のよるアレーファクタのように、グレーティングローブの発生位置がメインローブから離れていることは、検出誤差を低減させる点で重要である。 As shown in FIG. 6, in the detection result of the array factor by the conventional arrangement structure of the array antenna elements, the grating lobes are generated close to each other in the elevation angle direction. Specifically, in FIG. 6, there are four grating lobes adjacent to the main lobe on the azimuth angle of 0 degree. On the other hand, in the detection result of the array factor by the array antenna element arrangement structure of the first embodiment, although the grating lobe is generated in the horizontal direction, it is generated close to the elevation angle direction in the conventional array antenna element arrangement structure. The grating lobe has moved away from the main lobe. The grating lobe is suppressed by the product of the element factor and the transmitting antenna directivity. However, since the position of the grating lobe moves with the movement of the main lobe when beam scanning is performed, the position where the grating lobe is generated from the main lobe is different from the array factor according to the arrangement structure of the array antenna elements of the first embodiment. The separation is important in terms of reducing detection errors.
具体的に図６を例に説明すると、実施形態１のアレーアンテナ素子の配置構造によるアレーファクタの検出結果では、仰角方向（方位０度で、仰角は−３０〜＋３０度範囲）以外に、４カ所（方位角±２０度及び仰角±１２度付近）でグレーティングローブが発生しているものの、仰角方向（すなわち、方位角０度線上）では、従来と比較して、メインローブの発生角度（方位０度及び仰角０度）からより離れた角度にグレーティングローブの発生角度が移動している。例えば、従来では、仰角方向においてメインローブに最も近接していた２つのグレーティングローブの発生角度は、夫々、方位０度及び仰角±１２度付近であった。一方、実施形態１では、仰角方向において、メインローブに最も近接していた２つのグレーティングローブの発生角度は、夫々、方位０度及び仰角±２５度付近となり、従来と比べてメインローブから離れた角度になっている。その結果、図６において、従来のアレーアンテナ素子の配置構造によるアレーファクタの検出結果では、仰角方向の走査範囲におけるグレーティングローブが４つ存在していたが、実施形態１のアレーアンテナ素子の配置構造によるアレーファクタの検出結果では、仰角方向の走査範囲におけるグレーティングローブが２つに減少している。このように、実施形態１の車両用アンテナ装置によれば、仰角方向の走査範囲におけるグレーティングローブの増加を低減しつつ車両高さ方向における検知角度範囲を広くすることができる。 Specifically, FIG. 6 will be described as an example. In the array factor detection result of the array antenna element arrangement structure of the first embodiment, there are 4 in addition to the elevation angle direction (azimuth of 0 degrees and elevation angle in the range of −30 to +30 degrees). Although grating lobes are generated at two locations (azimuth angle ± 20 degrees and elevation angle ± 12 degrees), in the elevation direction (that is, on the azimuth angle 0 degree line), the main lobe generation angle (azimuth) The generation angle of the grating lobe is moved to an angle further away from 0 degree and an elevation angle of 0 degree. For example, conventionally, the generation angles of the two grating lobes that are closest to the main lobe in the elevation angle direction are near the azimuth of 0 degrees and the elevation angle of ± 12 degrees, respectively. On the other hand, in the first embodiment, in the elevation direction, the generation angles of the two grating lobes that are closest to the main lobe are near the azimuth 0 degree and the elevation angle ± 25 degrees, respectively, which is far from the main lobe compared to the conventional case. It is at an angle. As a result, in FIG. 6, in the array factor detection result of the conventional array antenna element arrangement structure, there are four grating lobes in the scanning range in the elevation angle direction. According to the detection result of the array factor, the grating lobe in the scanning range in the elevation angle direction is reduced to two. Thus, according to the vehicle antenna device of the first embodiment, it is possible to widen the detection angle range in the vehicle height direction while reducing an increase in grating lobes in the scanning range in the elevation angle direction.
［実施形態２］
続いて、実施形態２について、図７〜図１０を参照して説明する。上述の実施形態１で説明したように、電子走査方式の車両用アンテナ装置としての第１アレーアンテナ装置３０及び第２アレーアンテナ装置６０では、アレーアンテナ素子が千鳥配置となったことにより、仰角方向以外にもグレーティングローブが発生するため（図６における、実施形態１のアレーアンテナ素子の配置構造によるアレーファクタの検出結果を参照）、これらへの対応が必要となる。そこで、実施形態２では、以下に説明するように、電子走査方式の車両用アンテナ装置としての第３アレーアンテナ装置８０を用いる。
[Embodiment 2]
Next, Embodiment 2 will be described with reference to FIGS. As described in the first embodiment, in the first array antenna device 30 and the second array antenna device 60 as the electronic scanning type vehicle antenna device, the array antenna elements are arranged in a staggered manner, so that the elevation direction In addition to this, since a grating lobe is generated (refer to the detection result of the array factor by the array antenna element arrangement structure of the first embodiment in FIG. 6), it is necessary to cope with these. Therefore, in the second embodiment, as described below, a third array antenna device 80 is used as an electronic scanning vehicle antenna device.
なお、実施形態２において、車両用レーダ装置の構成は、第３アレーアンテナ装置８０を電子走査方式の車両用アンテナ装置として用いる点以外は基本的に実施形態１で示した車両用レーダ装置１００と同様であるため、距離・速度検出部や方位・仰角検出部等の説明を省略する。また、実施形態２の車両用レーダ装置による検出結果出力処理についても、出力される検出結果の内容が異なる点以外は、基本的に実施形態１で示した処理内容と同様であるため、説明を省略する。 In the second embodiment, the configuration of the vehicular radar apparatus is basically the same as that of the vehicular radar apparatus 100 shown in the first embodiment except that the third array antenna apparatus 80 is used as an electronic scanning vehicle antenna apparatus. Since it is the same, description of a distance / speed detection part, an azimuth | direction / elevation angle detection part, etc. is abbreviate | omitted. The detection result output process by the vehicle radar apparatus of the second embodiment is basically the same as the process contents shown in the first embodiment except that the contents of the output detection results are different. Omitted.
以下、図７を参照して、実施形態２における電子走査方式の車両用アンテナ装置としての第３アレーアンテナ装置８０について説明する。図７は、実施形態２における電子走査方式の車両用アンテナ装置の一例を示す図である。 Hereinafter, with reference to FIG. 7, a third array antenna device 80 as an electronic scanning vehicle antenna device according to the second embodiment will be described. FIG. 7 is a diagram illustrating an example of an electronic scanning vehicle antenna device according to the second embodiment.
図７に示すように、第３アレーアンテナ装置８０は、複数のアレーアンテナ素子７１−１〜３，７２−１〜４，７３−１〜３を車幅方向及び車両高さ方向に配置したアレーアンテナ装置である。具体的には、実施形態２における第３アレーアンテナ装置８０は、複数の上段のアレーアンテナ素子７１−１〜３、複数の中段のアレーアンテナ素子７２−１〜４、及び、複数の下段のアレーアンテナ素子７３−１〜３を、夫々、車幅方向に並べて配置されたアレーアンテナ装置である。各アレーアンテナ素子７１−１〜３，７２−１〜４，７３−１〜３は、夫々、車両高さ方向の高さが車幅方向の幅よりも大きい縦長の長方形状である。各アンテナ素子の幅は車幅方向に対して並行であり、各アンテナ素子の高さは車両高さ方向に沿って並行である。 As shown in FIG. 7, the third array antenna device 80 is an array in which a plurality of array antenna elements 71-1 to 7-3, 72-1 to 4 and 73-1 to 3-3 are arranged in the vehicle width direction and the vehicle height direction. It is an antenna device. Specifically, the third array antenna device 80 according to the second embodiment includes a plurality of upper array antenna elements 71-1 to 71-3, a plurality of middle array antenna elements 72-1 to 7-4, and a plurality of lower array elements. This is an array antenna device in which the antenna elements 73-1 to 73-3 are arranged in the vehicle width direction. Each of the array antenna elements 71-1 to 7-3, 72-1 to 4 and 73-1 to 73-3 has a vertically long rectangular shape in which the height in the vehicle height direction is larger than the width in the vehicle width direction. The width of each antenna element is parallel to the vehicle width direction, and the height of each antenna element is parallel along the vehicle height direction.
第３アレーアンテナ装置８０において、車両高さ方向に１段となるように設けられたアレーアンテナ素子７２−１〜４と、車両高さ方向に２段となるように設けられたアレーアンテナ素子７１−１〜３，７３−１〜３とが、車幅方向視において部分的に重なる状態で、車幅方向に交互に配置されている。ここで、車幅方向視において部分的に重なる状態は、車両高さ方向に２段となるように設けられたアレーアンテナ素子２０のうち、車両高さ方向の上側に配置された上段のアレーアンテナ素子７１−１〜３と、車両高さ方向の下側に配置された下段のアレーアンテナ素子７３−１〜３との中間位置に対応する車両高さ方向の高さにて、車両高さ方向に１段となるように設けられたアレーアンテナ素子が中段のアレーアンテナ素子７２−１〜４として配置されている状態である。 In the third array antenna device 80, array antenna elements 72-1 to 7-4 provided so as to be one step in the vehicle height direction and array antenna elements 71 provided so as to be two steps in the vehicle height direction. -1 to 3 and 73-1 to 7-3 are alternately arranged in the vehicle width direction in a state of partially overlapping in the vehicle width direction view. Here, the partially overlapping state when viewed in the vehicle width direction is an upper array antenna disposed on the upper side in the vehicle height direction among the array antenna elements 20 provided to be two steps in the vehicle height direction. The vehicle height direction is the height in the vehicle height direction corresponding to the intermediate position between the elements 71-1 to 7-3 and the lower array antenna elements 73-1 to 7-3 disposed on the lower side in the vehicle height direction. The array antenna elements provided in a single stage are arranged as the middle stage array antenna elements 72-1-4.
図７において、上段のアレーアンテナ素子７１−１〜３、中段のアレーアンテナ素子７２−１〜４、及び、下段のアレーアンテナ素子７３−１〜３の各段の車幅方向へのアンテナ素子間隔は、それぞれ異なっている。図７の例では、上段〜下段の各段のアンテナ素子間隔は、夫々、最小アンテナ素子間隔Ｄ（例えば、０．７５λ）に素な関係にある整数Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３（例えば、３，４，５）を掛けた値である。一例として、整数Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３を夫々、３，４，５とすると、上段のアンテナ素子間隔は３．７５λ間隔となり、中段のアンテナ素子間隔は３．００λ間隔となり、下段のアンテナ素子間隔は２．２５λ間隔となる。 In FIG. 7, the antenna element spacing in the vehicle width direction of each stage of the upper array antenna elements 71-1 to 71-3, the middle array antenna elements 72-1 to 7-4, and the lower array antenna elements 73-1 to 73-3. Are different. In the example of FIG. 7, the antenna element intervals of the upper to lower stages are integers K1, K2, K3 (for example, 3, 4) that have a prime relationship with the minimum antenna element interval D (for example, 0.75λ), respectively. , 5). As an example, if the integers K1, K2, and K3 are 3, 4, and 5, respectively, the upper antenna element interval is 3.75λ, the middle antenna element interval is 3.00λ, and the lower antenna element interval is 2.25λ spacing.
言い換えると、第３アレーアンテナ装置８０において、上段のアンテナ素子７１−１〜３は、最小アンテナ素子間隔ＤのＫ３倍の間隔（図７において、第一素子間隔）で一直線上に配置されている。中段のアンテナ素子７２−１〜４は、最小アンテナ素子間隔ＤのＫ２倍の間隔（図７において、第二素子間隔）で一直線上に配置されている。下段のアンテナ素子７３−１〜３は、最小アンテナ素子間隔ＤのＫ１倍の間隔（図７において、第三素子間隔）で一直線上に配置されている。Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３は、互いに素な関係であり、かつ、共に２以上の正の整数である。 In other words, in the third array antenna device 80, the upper antenna elements 71-1 to 71-3 are arranged on a straight line at an interval K3 times the minimum antenna element interval D (first element interval in FIG. 7). . The middle stage antenna elements 72-1 to 7-4 are arranged on a straight line at an interval K2 times the minimum antenna element interval D (second element interval in FIG. 7). The lower antenna elements 73-1 to 73-3 are arranged on a straight line at an interval K1 times the minimum antenna element interval D (the third element interval in FIG. 7). K1, K2, and K3 are relatively prime and both are positive integers of 2 or more.
ここで、「互いに素な関係であり、かつ、共に２以上の正の整数」とは、２つの整数が１と−１以外に公約数を持たない場合の２数の関係である「互いに素な関係」になる正の整数のうち、１を除く２以上の正の整数であることを意味する。本実施形態において、互いに素な関係であり、かつ、共に２以上の正の整数は、「互いに素な２以上の正の整数」と呼ぶことがある。ここで、互いに素な２以上の正の整数は、３以上であることが好ましい。また、１つのアレーアンテナに配置されるアンテナ素子１０の総数は１０以下であることが好ましい。 Here, “a non-prime relationship and both positive integers greater than or equal to 2” means a relationship of two numbers when two integers do not have a common divisor other than 1 and −1. Means a positive integer of 2 or more excluding 1 among the positive integers which become “a relation”. In the present embodiment, positive integers that are relatively disjoint and that are both 2 or more may be referred to as “disjoint 2 or more positive integers”. Here, the relatively positive positive integer of 2 or more is preferably 3 or more. Further, the total number of antenna elements 10 arranged in one array antenna is preferably 10 or less.
本実施形態において、「最小アンテナ素子間隔」とは、ビーム走査を（電子走査）行う場合において所定の検知角度範囲でグレーティングローブを生じさせないように設定されたアンテナ素子間隔である。例えば、所定の検知角度範囲を±α度とすると、最小アンテナ素子間隔Ｄは、以下の数式１で示す範囲に設定する必要がある。例えば「α＝９０度」である場合には、アンテナ素子間隔は、０．５λより小さい値とする必要がある。λは、送受信電波の波長を示す。また、所定の検知角度範囲は、ターゲットが存在する所望方向を０度に設定すると、所定の検知角度範囲は０端から端まで±９０度となる。つまり、０度を中心に右方向へ９０度（＋９０度）まで検知し、０度を中心に左方向へ９０度（−９０度）まで検知する角度範囲となる。ここで、所定の検知角度範囲（この場合、−９０度＜θ＜＋９０度）は、送受信電波の指向角度（ビーム走査角度）の角度範囲に対応する。
０＜Ｄ＜（０．５λ／ｓｉｎ｜α｜） ・・・（数式１）
In the present embodiment, the “minimum antenna element interval” is an antenna element interval set so as not to generate a grating lobe in a predetermined detection angle range when beam scanning (electronic scanning) is performed. For example, if the predetermined detection angle range is ± α degrees, the minimum antenna element interval D needs to be set to a range represented by the following formula 1. For example, when “α = 90 degrees”, the antenna element interval needs to be smaller than 0.5λ. λ indicates the wavelength of the transmitted / received radio wave. The predetermined detection angle range is ± 90 degrees from the 0 end to the end when the desired direction in which the target exists is set to 0 degrees. That is, the angle range is to detect 90 degrees (+90 degrees) rightward around 0 degrees and to 90 degrees (-90 degrees) leftward around 0 degrees. Here, a predetermined detection angle range (in this case, −90 degrees <θ <+90 degrees) corresponds to an angle range of a directivity angle (beam scanning angle) of transmission / reception radio waves.
0 <D <(0.5λ / sin | α |) (Formula 1)
ここで図７に加え、図８及び図９を参照して、最小アンテナ素子間隔Ｄを数式１で示す範囲に設定する理由を説明する。図８は、受信波の位相関係の一例を示す図である。図９は、アンテナ指向性の一例を示す図である。 Now, with reference to FIGS. 8 and 9 in addition to FIG. 7, the reason why the minimum antenna element interval D is set in the range represented by Equation 1 will be described. FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a phase relationship of received waves. FIG. 9 is a diagram illustrating an example of antenna directivity.
アレーアンテナにおいては、素子アンテナ間距離をｄ、送受信電波（或いは電磁波）の波長をλとすると、ｄ／λ＞０．５のときには、グレーティングローブが可視領域（−９０度＜θ＜＋９０度）の範囲に現れる。ここで、可視領域は、指向性（アレーファクタ）が空間に現れる所定範囲をいう。θは、ターゲットが存在する所望方向を０度に設定した場合における電波の指向角度（ビーム走査角度）である。電波の指向角度θは、例えば、−９０度＜θ＜＋９０度の場合、０度を中心に右方向へ９０度（＋９０度）まで、及び、０度を中心に左方向へ９０度（−９０度）までの角度範囲内にある。つまり、この電波の指向角度θの角度範囲は、ビーム走査の角度範囲に対応する。ビーム走査とは、放射指向性のメインビーム方向を電子的に変える走査アンテナの方式の一つである。 In the array antenna, if the distance between the element antennas is d and the wavelength of the transmitted / received radio wave (or electromagnetic wave) is λ, the grating lobe is in the visible region (−90 degrees <θ <+90 degrees) when d / λ> 0.5. Appears in the range of. Here, the visible region refers to a predetermined range in which directivity (array factor) appears in space. θ is the directivity angle (beam scanning angle) of the radio wave when the desired direction in which the target exists is set to 0 degrees. For example, in the case of −90 degrees <θ <+90 degrees, the directivity angle θ of the radio wave is 90 degrees (+90 degrees) rightward around 0 degrees and 90 degrees (−90 degrees leftward around 0 degrees). 90 degrees). That is, the angle range of the directivity angle θ of the radio wave corresponds to the angle range of beam scanning. Beam scanning is one type of scanning antenna that electronically changes the main beam direction of radiation directivity.
グレーティングローブが可視領域に現れると、ターゲットを誤って検知するおそれがある。そのため、グレーティングローブを可視領域から除去するか、あるいはグレーティングローブの相対電力をメインローブに対して十分に抑制することが望ましい。ここで、波長λに対して素子アンテナ間距離ｄを十分に小さくすれば、グレーティングローブの発生する角度を可視領域外とすることが可能である。しかし、波長λ及び素子アンテナ間距離ｄは他の様々な条件の制約を受けており、安易に変更することは難しい。 If the grating lobe appears in the visible region, the target may be detected erroneously. Therefore, it is desirable to remove the grating lobe from the visible region or to sufficiently suppress the relative power of the grating lobe with respect to the main lobe. Here, if the distance d between the element antennas is sufficiently small with respect to the wavelength λ, the angle at which the grating lobe is generated can be outside the visible region. However, the wavelength λ and the distance d between the element antennas are restricted by various other conditions and are difficult to change easily.
例えば、図８に示すように、アレーアンテナのアンテナ素子間隔が比較的広いと、位相の循環性（３６０度が０度に戻るという事象）により所望方向から到来した電波を受信した場合の位相関係が等しくなる別の到来方向が存在する場合がある。ここで、所望方向はターゲットが存在する方向であり、別の到来方向はグレーティング方向である。この場合、図９に示すように、ターゲットが存在する所望方向のメインローブと同等のローブがグレーティング方向に生じる。このローブがグレーティングローブである。 For example, as shown in FIG. 8, when the antenna element spacing of the array antenna is relatively wide, the phase relationship when a radio wave arriving from a desired direction is received due to phase circulation (an event that 360 degrees return to 0 degrees). There may be other directions of arrival that are equal. Here, the desired direction is the direction in which the target exists, and the other arrival direction is the grating direction. In this case, as shown in FIG. 9, a lobe equivalent to the main lobe in the desired direction in which the target exists is generated in the grating direction. This lobe is a grating lobe.
レーダ用アンテナでグレーティングローブが発生すると、受信した信号が所望方向から到来したものか、グレーティング方向から到来したものか判別できずにターゲットの方向を誤検出する可能性がある。このグレーティングローブを完全に無くすにはアンテナ素子間隔を数式１に示すように０．５波長未満にする必要がある。 When a grating lobe is generated in the radar antenna, there is a possibility that the direction of the target may be erroneously detected without determining whether the received signal has arrived from the desired direction or from the grating direction. In order to completely eliminate the grating lobe, the antenna element interval needs to be less than 0.5 wavelength as shown in Equation 1.
ところが、アンテナ素子を０．５λ間隔で並べると全体のアンテナサイズが小さくなり、アンテナの利得の低下や角度分解能低下をもたらすといった課題がある。また、アンテナ素子の間隔が狭く給電回路の実装が困難であるといった課題があるため、アンテナ素子を広い間隔で配置しながらグレーティングローブを抑制する必要がある。 However, when antenna elements are arranged at intervals of 0.5λ, there is a problem that the overall antenna size is reduced, resulting in a decrease in antenna gain and angular resolution. In addition, since there is a problem that it is difficult to mount the feeder circuit because the distance between the antenna elements is narrow, it is necessary to suppress the grating lobes while arranging the antenna elements at a wide distance.
そこで、図７に示すように、本実施形態における電子走査方式の車両用アンテナ装置では、数式１を満たす最小アンテナ素子間隔Ｄを設定し、この最小アンテナ素子間隔Ｄの異なる３つの正の整数（Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３）倍の間隔でアンテナ素子を配置している。ここで、各３つの正の整数（Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３）は、互いに素な２以上の正の整数である。 Therefore, as shown in FIG. 7, in the electronic scanning vehicle antenna device according to the present embodiment, a minimum antenna element interval D satisfying Equation 1 is set, and three positive integers with different minimum antenna element intervals D ( The antenna elements are arranged at intervals of (K1, K2, K3) times. Here, each of the three positive integers (K1, K2, K3) is a relatively positive positive integer of 2 or more.
このように、実施形態２における電子走査方式の車両用アンテナ装置としての第３アレーアンテナ装置８０は、上段のアレーアンテナ素子７１−１〜３と、中段のアレーアンテナ素子７２−１〜４と、下段のアレーアンテナ素子７３−１〜３とが、夫々異なるアンテナ素子配列パターンを含むように配置されるアレーアンテナ素子の配置構造を有している。 As described above, the third array antenna device 80 as the electronic scanning vehicle antenna device in the second embodiment includes the upper array antenna elements 71-1 to 71-3, the middle array antenna elements 72-1 to 72-4, The array antenna elements 73-1 to 7-3 in the lower stage have an array structure of array antenna elements disposed so as to include different antenna element arrangement patterns.
具体的には、図７に示すように、第３アレーアンテナ装置８０では、所定の周期性を持って配列される第一のアンテナ素子配列を上段のアレーアンテナ素子７１−１〜３の配列パターンとして含むように、複数のアレーアンテナ素子７０が配列されている。また、第３アレーアンテナ装置８０では、第一のアンテナ素子配列における周期性とは異なる所定の周期性を持って配列される第二のアンテナ素子配列を中段のアレーアンテナ素子７２−１〜４の配列パターンとして含むように、複数のアレーアンテナ素子７０が配列されている。また、第３アレーアンテナ装置８０では、第一のアンテナ素子配列及び第二のアンテナ素子配列のうち少なくとも一方における周期性とは異なる所定の周期性を持って配列される第三のアンテナ素子配列を下段のアレーアンテナ素子７３−１〜３の配列パターンとして含むように、複数のアレーアンテナ素子７０が配列されている。 Specifically, as shown in FIG. 7, in the third array antenna device 80, the first antenna element array arranged with a predetermined periodicity is used as the array pattern of the upper array antenna elements 71-1 to 71-3. As shown, a plurality of array antenna elements 70 are arranged. Further, in the third array antenna device 80, the second antenna element array arranged with a predetermined periodicity different from the periodicity in the first antenna element array is used as the array antenna elements 72-1-4 of the middle stage. A plurality of array antenna elements 70 are arranged so as to be included as an arrangement pattern. Further, in the third array antenna device 80, a third antenna element array arranged with a predetermined periodicity different from the periodicity in at least one of the first antenna element array and the second antenna element array is provided. A plurality of array antenna elements 70 are arranged so as to be included as an arrangement pattern of lower array antenna elements 73-1 to 73-3.
ここで、第一のアンテナ素子配列のアンテナ素子間隔である第一素子間隔（図７において、Ｄ×Ｋ３のアンテナ素子間隔）と、第二のアンテナ素子配列のアンテナ素子間隔である第二素子間隔（図７において、Ｄ×Ｋ３のアンテナ素子間隔）と、第三のアンテナ素子配列のアンテナ素子間隔である第三素子間隔（図７において、Ｄ×Ｋ１のアンテナ素子間隔）とは、共に、数式１を満たすようなアンテナ素子間隔として設定される最小アンテナ素子間隔Ｄの整数倍（Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３）の間隔である。この第一素子間隔を最小アンテナ素子間隔の整数倍とする整数である第一の整数Ｋ３と、この第二素子間隔を最小アンテナ素子の整数倍とする整数である第二の整数Ｋ２と、この第三素子間隔を最小アンテナ素子の整数倍とする整数である第三の整数Ｋ３と、は互いに素な関係であり、且つ、共に２以上の正の整数であることを満たしている。 Here, the first element interval (the antenna element interval of D × K3 in FIG. 7) that is the antenna element interval of the first antenna element array and the second element interval that is the antenna element interval of the second antenna element array. (In FIG. 7, the antenna element interval of D × K3) and the third element interval (the antenna element interval of D × K1 in FIG. 7), which is the antenna element interval of the third antenna element array, are both mathematical expressions. 1 is an integral multiple (K1, K2, K3) of the minimum antenna element interval D set as the antenna element interval satisfying 1. A first integer K3 that is an integer that is an integer multiple of the minimum antenna element interval, a second integer K2 that is an integer that is an integer multiple of the minimum antenna element, and The third integer K3, which is an integer whose third element interval is an integral multiple of the minimum antenna element, has a relatively prime relationship and satisfies that both are positive integers of 2 or more.
よって、第一素子間隔と第二素子間隔と第三素子間隔とは共に、電波の波長λの０．５倍以上の間隔であることを満たしている。これにより、本実施形態における車両用アレーアンテナ装置では、アレーアンテナ素子を広い間隔で配置しながらグレーティングローブを抑制することできる。その結果、本実施形態におけるアレーアンテナによれば、アンテナ素子を０．５λ間隔で並べると全体のアンテナサイズが小さくなり、アンテナ利得の低下や角度分解能低下をもたらすという課題や、間隔が狭く給電回路の実装が困難であるといった課題を解決することもできる。 Therefore, the first element interval, the second element interval, and the third element interval all satisfy the interval of 0.5 times or more the radio wave wavelength λ. Thereby, in the array antenna apparatus for vehicles in this embodiment, a grating lobe can be suppressed, arrange | positioning an array antenna element at a wide space | interval. As a result, according to the array antenna in the present embodiment, when the antenna elements are arranged at intervals of 0.5λ, the overall antenna size is reduced, resulting in a decrease in antenna gain and a decrease in angular resolution. It is also possible to solve the problem that is difficult to implement.
なお、図７では、アンテナ素子間隔の説明をする便宜上、アレーアンテナ素子７１−１〜３，７２−１〜４，７３−１〜３を単一アンテナ素子７０として説明したが、実態形態１の第１アレーアンテナ装置３０と同様に、各アンテナ素子７１−１〜３，７２−１〜４，７３−１〜３は、夫々、それ自体が複数のアンテナ素子１０からなるアレーアンテナであってもよい。 In FIG. 7, the array antenna elements 71-1 to 7, 72-1 to 4 and 73-1 to 73-3 are described as the single antenna element 70 for convenience of explaining the antenna element spacing. Similarly to the first array antenna device 30, each of the antenna elements 71-1 to 7, 72-1 to 4, and 73-1 to 73-3 may be an array antenna composed of a plurality of antenna elements 10. Good.
このようなアレーアンテナ素子の配置構造を有する第３アレーアンテナ装置８０（本発明にかかる電子走査方式の車両用アンテナ装置）を備える車両用レーダ装置は、第一のアンテナ素子配列から形成される第一指向性パターンと、第二のアンテナ素子配列から形成される第二指向性パターンと、第三のアンテナ素子配列から形成される第三指向性パターンと、を合成することにより、グレーティングローブの形成を抑制する。第一指向性パターン、第二指向性パターン、及び第三指向性パターンは、方位・仰角検出部５０で検出される３種類のアレーアンテナ素子配列夫々で受信した信号に基づく電力パターンである。 A vehicular radar apparatus provided with the third array antenna apparatus 80 (electronic scanning type vehicular antenna apparatus according to the present invention) having such an array antenna element arrangement structure is formed from a first antenna element array. Grating lobes are formed by combining a unidirectional pattern, a second directional pattern formed from the second antenna element array, and a third directional pattern formed from the third antenna element array. Suppress. The first directivity pattern, the second directivity pattern, and the third directivity pattern are power patterns based on signals received by the three types of array antenna element arrays detected by the azimuth / elevation angle detector 50.
ここで、アンテナ素子間隔の異なる３つのアレーアンテナ素子配列（第一アンテナ素子配列、第二のアンテナ素子配列、第三のアンテナ素子配列）における指向性パターン（第一指向性パターンと、第二指向性パターンと、第三指向性パターン）は、数式１を満たす最小アンテナ素子間隔Ｄで決定される検知角度範囲内をメインローブで走査する場合、当該検知角度範囲内で生じるグレーティングローブの位置が重なることはなくなる。そのため、これらの指向性パターンを合成することによって、メインローブは足し合され、グレーティングローブは分散されることになるので、結果として、相対的にメインローブに対してグレーティングローブが抑圧されることになる。 Here, directivity patterns (first directivity pattern and second directivity) in three array antenna element arrays (first antenna element array, second antenna element array, and third antenna element array) having different antenna element intervals. When the main lobe scans within the detection angle range determined by the minimum antenna element interval D satisfying Equation 1, the position of the grating lobe that occurs within the detection angle range overlaps each other. There will be nothing. Therefore, by synthesizing these directivity patterns, the main lobes are added and the grating lobes are dispersed. As a result, the grating lobes are suppressed relative to the main lobe. Become.
これにより、例えば図１０に示すように、実施形態２のアレーアンテナ素子の配置構造を有する車両用アレーアンテナ装置によれば、実施形態１では発生していた仰角方向以外の水平方向におけるグレーティングローブの発生を抑制することができる（図１０における、実施形態２のアレーアンテナ素子の配置構造によるアレーファクタの検出結果を参照）。図１０は、実施形態２におけるアレーアンテナ素子の配置構造によるアレーファクタの一例を示す図である。図１０において、実施形態２のアレーアンテナの配置構造は、上述の図７に示した第３アレーアンテナ装置８０におけるアレーアンテナの配置構造に対応する。このようにして、第３アレーアンテナ装置８０では、各段のアンテナ素子間隔を互いに素な関係とすることによって、アレーアンテナサイズを大きくしてもグレーティングローブのレベルを抑圧することができ、実施形態１に対して方位分解能をより向上させることができる。 Thus, for example, as shown in FIG. 10, according to the array antenna device for a vehicle having the arrangement structure of the array antenna elements of the second embodiment, the grating lobe in the horizontal direction other than the elevation angle direction that has occurred in the first embodiment is reduced. Generation can be suppressed (refer to the detection result of the array factor by the array antenna element arrangement structure of the second embodiment in FIG. 10). FIG. 10 is a diagram illustrating an example of an array factor according to an arrangement structure of array antenna elements in the second embodiment. 10, the array antenna arrangement structure of the second embodiment corresponds to the array antenna arrangement structure in the third array antenna device 80 shown in FIG. 7 described above. In this way, in the third array antenna device 80, the level of the grating lobe can be suppressed even when the array antenna size is increased by making the antenna element spacing of each stage relatively disjoint. The azimuth resolution can be further improved with respect to 1.
［実施形態２の変形例］
続いて、実施形態２の変形例について、図１１及び図１２を参照して説明する。上述の図７に示した第３アレーアンテナ装置８０におけるアレーアンテナの配置構造により、仰角方向以外の横方向におけるグレーティングローブの発生を抑制することはできたものの、図１０における実施形態２のアレーアンテナ素子の配置構造によるアレーファクタの検出結果に示すように、仰角方向に強いグレーティングローブが残っている。仰角方向のグレーティングローブについては、アレーアンテナ素子のハーフラップ（アレーアンテナ素子の１／２分だけ縦方向にオフセットすること）により直近のグレーティングローブが無くなったため、エレメントファクタとの積によってある程度は抑制可能である。しかし、メインローブを仰角方向に大きく走査する場合には依然として検出誤差を低減させる障害となる可能性がある。
[Modification of Embodiment 2]
Subsequently, a modification of the second embodiment will be described with reference to FIGS. 11 and 12. Although the arrangement structure of the array antenna in the third array antenna apparatus 80 shown in FIG. 7 described above can suppress the occurrence of grating lobes in the lateral direction other than the elevation angle direction, the array antenna of the second embodiment in FIG. As shown in the detection result of the array factor by the element arrangement structure, a strong grating lobe remains in the elevation direction. The grating lobes in the elevation angle direction can be suppressed to some extent by the product with the element factor because the most recent grating lobes are eliminated by half-wrapping the array antenna elements (offset in the vertical direction by 1/2 of the array antenna elements). It is. However, when the main lobe is greatly scanned in the elevation angle direction, it may still be an obstacle to reduce the detection error.
そこで、実施形態２の変形例では、図１１に示すように、アレーアンテナ素子の縦方向間隔（車両高さ方向の間隔）についても横方向（車幅方向）と同様に分散させることによって仰角方向のグレーティングローブを抑制する。図１１は、実施形態２の変形例におけるアレーアンテナ素子の配置構造の一例を示す図である。 Therefore, in the modification of the second embodiment, as shown in FIG. 11, the vertical direction interval (interval in the vehicle height direction) of the array antenna elements is also distributed in the elevation direction as in the horizontal direction (vehicle width direction). Suppresses grating lobes. FIG. 11 is a diagram illustrating an example of an arrangement structure of array antenna elements in a modification of the second embodiment.
図１１に示すように、実施形態２の変形例に係る第４アレーアンテナ装置９０では、第一のアンテナ素子配列に含まれる複数の上段のアレーアンテナ素子７１−１〜３のうち少なくとも１つのアレーアンテナ素子（図１１において、アレーアンテナ素子７１’−１とアレーアンテナ素子７１’−３）の車両高さ方向の高さは、当該第一のアンテナ素子配列に含まれる他のアレーアンテナ素子（図１１において、アレーアンテナ素子７１−２）の車両高さ方向の高さよりも第二のアンテナ素子配列側へ車両高さ方向に沿って近づくように移動した位置に配置される。また、第４アレーアンテナ装置９０では、第三のアンテナ素子配列に含まれる複数の下段のアレーアンテナ素子７３−１〜３のうち少なくとも１つのアレーアンテナ素子（図１１において、アレーアンテナ素子７３’−１とアレーアンテナ素子７３’−３）の車両高さ方向の高さは、当該第三のアンテナ素子配列に含まれる他のアレーアンテナ素子（図１１において、アレーアンテナ素子７３−２）の車両高さ方向の高さよりも第二のアンテナ素子配列側へ車両高さ方向に沿って近づくように移動した位置に配置される。 As shown in FIG. 11, in the fourth array antenna device 90 according to the modification of the second embodiment, at least one array among the plurality of upper array antenna elements 71-1 to 7-3 included in the first antenna element array. The heights in the vehicle height direction of the antenna elements (in FIG. 11, array antenna element 71′-1 and array antenna element 71′-3) are the other array antenna elements included in the first antenna element array (FIG. 11, the array antenna element 71-2) is disposed at a position moved from the height in the vehicle height direction so as to approach the second antenna element array side along the vehicle height direction. Further, in the fourth array antenna device 90, at least one array antenna element (in FIG. 11, array antenna element 73′−) among the plurality of lower array antenna elements 73-1 to 73-3 included in the third antenna element array. 1 and the height of the array antenna element 73′-3) in the vehicle height direction are the vehicle heights of other array antenna elements (array antenna element 73-2 in FIG. 11) included in the third antenna element array. It arrange | positions in the position which moved so that it might approach along the vehicle height direction to the 2nd antenna element arrangement | sequence side rather than the height of a height direction.
このように、実施形態２の変形例に係る第４アレーアンテナ装置９０では、中段のアレーアンテナ素子の高さは変更せず、上段のアレーアンテナ素子と中段のアレーアンテナ素子の高さを調整することで車両高さ方向のアンテナ素子間隔を分散している。図１１において、上段及び下段の各３つのアレーアンテナ素子のうち、外側の２つのアレーアンテナ素子の高さを変えている。図１１に示す例では、車両高さ方向のアンテナ素子間隔を、中段を基準として、２．５λ、２．０λ、１．５λになるように設定している。これは、０．５λを基本間隔として、その５倍、４倍、３倍といった素な関係となるように設定している。一例として、図１１において、中段のアレーアンテナ素子７２−１と、上段のアレーアンテナ素子７１−２とのアンテナ素子間隔が２．５λになるように設定される。また、中段のアレーアンテナ素子７２−１と、上段のアレーアンテナ素子７１’−１及びアレーアンテナ素子７１’−３とのアンテナ素子間隔が２．０λになるように設定される。また、中段のアレーアンテナ素子７２−１と、下段のアレーアンテナ素子７３’−１及びアレーアンテナ素子７３’−３とのアンテナ素子間隔が１．５λになるように設定する。 As described above, in the fourth array antenna device 90 according to the modification of the second embodiment, the height of the middle array antenna element is adjusted without changing the height of the middle array antenna element. Thus, the antenna element spacing in the vehicle height direction is dispersed. In FIG. 11, among the three array antenna elements at the upper and lower stages, the heights of the two outer array antenna elements are changed. In the example shown in FIG. 11, the antenna element spacing in the vehicle height direction is set to 2.5λ, 2.0λ, and 1.5λ with the middle stage as a reference. This is set so as to have a simple relationship of 5 times, 4 times, and 3 times with 0.5λ as a basic interval. As an example, in FIG. 11, the antenna element interval between the middle array antenna element 72-1 and the upper array antenna element 71-2 is set to 2.5λ. The antenna element spacing between the middle array antenna element 72-1 and the upper array antenna element 71'-1 and array antenna element 71'-3 is set to 2.0λ. Further, the antenna element interval between the middle array antenna element 72-1 and the lower array antenna element 73'-1 and array antenna element 73'-3 is set to 1.5λ.
これにより、例えば図１２に示すように、実施形態２の変形例に係るアレーアンテナ素子の配置構造を有する車両用アレーアンテナ装置によれば、水平方向に加えて仰角方向のグレーティングローブの発生を抑制することができる（図１２における、実施形態２の変形例のアレーアンテナ素子の配置構造によるアレーファクタの検出結果を参照）。図１２は、実施形態２の変形例におけるアレーアンテナ素子の配置構造によるアレーファクタの一例を示す図である。図１２において、実施形態２の変形例のアレーアンテナの配置構造は、上述の図１１に示した第４アレーアンテナ装置９０におけるアレーアンテナの配置構造に対応する。このようにして、第４アレーアンテナ装置９０では、上述の実施形態１及び実施形態２に対して方位分解能をより向上させることができる。 Thereby, for example, as shown in FIG. 12, according to the array antenna device for a vehicle having the arrangement structure of the array antenna elements according to the modification of the second embodiment, generation of grating lobes in the elevation direction in addition to the horizontal direction is suppressed. (See the detection result of the array factor by the arrangement structure of the array antenna element of the modification of the second embodiment in FIG. 12). FIG. 12 is a diagram illustrating an example of an array factor based on an arrangement structure of array antenna elements according to a modification of the second embodiment. In FIG. 12, the array antenna arrangement structure of the modification of the second embodiment corresponds to the array antenna arrangement structure in the fourth array antenna device 90 shown in FIG. 11 described above. In this way, in the fourth array antenna device 90, the azimuth resolution can be further improved compared to the first and second embodiments described above.
１０ アンテナ素子
２０ アレーアンテナ素子
３０ 第１アレーアンテナ装置（車両用アンテナ装置）
４０ 距離・速度検出部
５０ 方位・仰角検出部
６０ 第２アレーアンテナ装置（車両用アンテナ装置）
７０ アレーアンテナ素子
８０ 第３アレーアンテナ装置（車両用アンテナ装置）
９０ 第４アレーアンテナ装置（車両用アンテナ装置）
１００ 車両用レーダ装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Antenna element 20 Array antenna element 30 1st array antenna apparatus (vehicle antenna apparatus)
40 Distance / Speed Detection Unit 50 Azimuth / Elevation Angle Detection Unit 60 Second Array Antenna Device (Vehicle Antenna Device)
70 Array antenna element 80 Third array antenna device (vehicle antenna device)
90 4th array antenna device (vehicle antenna device)
100 Vehicle radar system
Claims (5)
前記車両高さ方向に１段となるように設けられたアレーアンテナ素子と、前記車両高さ方向に２段となるように設けられたアレーアンテナ素子とが、車幅方向視において部分的に重なる状態で、前記車幅方向に交互に配置されていることを特徴とする電子走査方式の車両用アンテナ装置。 A plurality of array antenna elements whose height in the vehicle height direction is larger than the width in the vehicle width direction is an in-vehicle electronic scanning vehicle antenna device arranged side by side in the vehicle width direction,
The array antenna element provided so as to be one step in the vehicle height direction and the array antenna element provided so as to be two steps in the vehicle height direction partially overlap in the vehicle width direction view. In the state, the electronic scanning vehicle antenna device is arranged alternately in the vehicle width direction.
所定の周期性を持って配列される第一のアンテナ素子配列を前記上段のアレーアンテナ素子の配列パターンとして含み、且つ、前記第一のアンテナ素子配列における周期性とは異なる所定の周期性を持って配列される第二のアンテナ素子配列を前記中段のアレーアンテナ素子の配列パターンとして含み、且つ、前記第一のアンテナ素子配列及び前記第二のアンテナ素子配列のうち少なくとも一方における周期性とは異なる所定の周期性を持って配列される第三のアンテナ素子配列を前記下段のアレーアンテナ素子の配列パターンとして含むように、複数のアレーアンテナ素子が配列されており、
前記第一のアンテナ素子配列から形成される第一指向性パターンと、前記第二のアンテナ素子配列から形成される第二指向性パターンと、前記第三のアンテナ素子配列から形成される第三指向性パターンと、を合成することにより、グレーティングローブの形成を抑制する処理を実行し、
前記第一のアンテナ素子配列のアンテナ素子間隔である第一素子間隔と、前記第二のアンテナ素子配列のアンテナ素子間隔である第二素子間隔と、前記第三のアンテナ素子配列のアンテナ素子間隔である第三素子間隔と、は共に、電波の波長の０．５倍以上の間隔であることを満たし、
前記第一素子間隔と前記第二素子間隔と前記第三素子間隔とは、共に、数式１を満たすようなアンテナ素子間隔として設定される最小アンテナ素子間隔の整数倍の間隔であり、
０＜Ｄ＜（０．５λ／ｓｉｎ｜α｜） ・・・（数式１）
（数式１において、Ｄは最小アンテナ素子間隔を示し、αは所定の検知角度範囲を示し、λは電波の波長を示す）
前記第一素子間隔を前記最小アンテナ素子間隔の整数倍とする整数である第一の整数と、前記第二素子間隔を前記最小アンテナ素子間隔の整数倍とする整数である第二の整数と、前記第三素子間隔を前記最小アンテナ素子間隔の整数倍とする整数である第三の整数と、は互いに素な関係であり、且つ、共に２以上の正の整数であることを満たすことを特徴とする請求項２又は３に記載の電子走査方式の車両用アンテナ装置。 The electronic scanning vehicle antenna device is:
A first antenna element array arranged with a predetermined periodicity is included as an array pattern of the upper array antenna elements, and has a predetermined periodicity different from the periodicity in the first antenna element array. And the second antenna element array arranged as an array pattern of the middle stage array antenna elements, and different from the periodicity in at least one of the first antenna element array and the second antenna element array A plurality of array antenna elements are arranged so as to include a third antenna element array arranged with a predetermined periodicity as an array pattern of the lower array antenna elements,
A first directivity pattern formed from the first antenna element array, a second directivity pattern formed from the second antenna element array, and a third directivity formed from the third antenna element array A process to suppress the formation of grating lobes by combining
A first element interval that is an antenna element interval of the first antenna element array, a second element interval that is an antenna element interval of the second antenna element array, and an antenna element interval of the third antenna element array. A certain third element interval satisfies that the interval is 0.5 times the wavelength of the radio wave,
The first element interval, the second element interval, and the third element interval are intervals that are integral multiples of the minimum antenna element interval that is set as an antenna element interval that satisfies Equation 1.
0 <D <(0.5λ / sin | α |) (Formula 1)
(In Equation 1, D indicates the minimum antenna element interval, α indicates a predetermined detection angle range, and λ indicates the wavelength of the radio wave)
A first integer that is an integer that is an integer multiple of the minimum antenna element interval, and a second integer that is an integer that is an integer multiple of the minimum antenna element interval, The third integer, which is an integer in which the third element interval is an integer multiple of the minimum antenna element interval, has a relatively prime relationship, and both satisfy a positive integer of 2 or more. The electronic scanning vehicle antenna device according to claim 2 or 3.
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