JP2017044689A - レーダアンテナ及びレーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】送信ホーン及び受信ホーンの配置を最適化することにより、サイドローブを低減する【解決手段】本発明は、送信アンテナと、受信アンテナと、を有するレーダアンテナである。受信アンテナは第１の方向に垂直な第２の方向に等間隔で並び、送信アンテナは第２の方向において受信アンテナに隣接して配置される。送信アンテナは、傾斜配置部と逆傾斜配置部を含む。逆傾斜配置部は第１の方向において傾斜配置部の隣に配置され、傾斜配置部と逆傾斜配置部とは、第１の方向に対して垂直な面に関して鏡映対称である。傾斜配置部又は逆傾斜配置部に含まれ、第１の方向において隣接する送信ホーン間の、第２の方向における配置位置の違いには、少なくとも２種類の大きさがある。Ｎを１以上の整数とするとき、送信ホーンの数は２Ｎ個であり、受信アンテナは前記第２の方向において等間隔Ｐで並ぶとき、配置位置の違いの平均値は、２Ｐ／Ｎ以下、Ｐ（Ｎ−１）／Ｎ２以上で設定することにより、サイドローブを低減する。【選択図】図１

Description

本発明は、自動車の走行方向を監視する車載ミリ波レーダ、特にＤＢＦ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｂｅａｍ Ｆｏｒｍｉｎｇ；デジタルビームフォーミング）レーダに用いられるアンテナ装置に関する。

ＤＢＦレーダは、走査方向に所定の間隔（一般には等間隔）で並べられた複数の受信アンテナ素子から成る受信アレーを備え、各受信アンテナ素子からの受信信号をデジタルデータに変換し演算処理により各受信信号に移相を与えて合成することによって等価的に走査ビームを生成するものである。モノパルス測角などの直接方位を検出する手法や、ＭＵＳＩＣ（ＭＵｌｔｉｐｌｅ ＳＩｇｎａｌ Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）法などの高分解能検知方式も適用可能である。駆動部品や可動機構を要さず高速・高精度で走査できるため、車載ミリ波レーダでも広く用いられている。

但し、ＤＢＦレーダではグレーティングローブ現象による誤検知を排除する方策が必要である。
図１１に受信アンテナアレーを用いる方位検知の原理概略と以降の説明に用いる表記等を示す。複数の受信アンテナ素子Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２、・・は水平方向に等間隔Ｐで並べて配列され、受信アレーを構成する。各々の受信アンテナ素子はアンテナに受信器、アナログ／デジタル信号変換器が接続されるが、本図ではアンテナの配置関係のみを記す。水平方向をＸ軸に、アンテナの開口面に垂直な方向をＺ軸に座標系を定め、ＸＺ面が走査面となる。Ｚ軸からの水平方向の離角をθとし、本図では右側を正値（＋）、左側を負値（−）で表す。

θ方向からの到来波では、隣り合う受信アンテナ素子への入射にはΔＬの伝搬路長差が生じ、受信波には位相差Δφが現れる。

ｉはΔφの絶対値を最小にする整数（０，±１，・・）、ｋは波数（＝２π／λ）、λは自由空間内での波長で車載ミリ波レーダに用いる７６．５ＧＨｚではλ＝３．９２ｍｍである。この関係により、位相差から到来方位の検出値Θが算出される。

Δφが０±π（１８０°）の範囲内であればΘとθは一致し、方位が特定できる。
Δφ＝π、２πになる到来方位を各々χ、γとする。

θが±χ内で方位検知が可能であり、説明上この範囲を主領域、それ以外を外領域と称す。外領域では、θがχを少し超える場合（θ＝γ＋δ）には、

と、算出され、左右が逆転する。Θがγに近い場合（θ＝γ±δ）には、

となり、側方の物体が正面方向にあるものと検出される。
複数の到来波に対しては、その数に応じて受信アンテナの素子数を増やし各種の分離手法を用いる必要があるが、間隔Ｐにより定まる検知領域及び到来方位θと検出値Θの関係は同じである。

即ち外領域からの到来波により誤検知が生ずる。これを排除するためレーダアンテナの外領域での利得を抑制する方法が考えられている。
特許文献１には、導波管スロットアレーに放射器として矩形ホーンを追加したアンテナ構成が開示されている。この例では、ホーンの放射パターンの特にヌル特性が用いられる。
特許文献２には、送信アンテナの放射素子を横方向（走査方向）の一方向に連続してずらし、上下対称に配列させた例が開示される。

特許文献１のアンテナは、導波管における給電損失が小さく、更に高効率の矩形ホーンを用いているため高利得が得られる。また全体が金属板から構成されるため熱による性能変動や変形等が殆ど無く、放熱効果も持つ。すなわち、小型の車載レーダに適した特徴を備える。ただしホーン単体の放射特性を改善する事で、所望の指向性、即ち主領域だけに高利得を持ち外領域ではサイドローブを極力低抑する指向性、を得るには、ホーンの特に奥行き寸法を大きくする必要がある。これではアンテナが大型化するため好ましくない。そこで特許文献２の方法に準じ、ホーンを横方向にずらす配置を併せて用いる構造が考えられる。しかし特許文献２は、プリントアンテナの放射素子数及び素子間隔に応じた最適な配置しか開示していない。

特開2013-032979 特許5667887

アンテナ工学ハンドブック 第２版 電子情報通信学会 編

従って、本発明は、ホーンを適切に配置することでサイドローブを抑制することを目的とする。

本発明は、複数の送信ホーンを有する送信アンテナと、各々が第１の方向に並ぶ複数の受信ホーンを有する複数の受信アンテナと、を備え、前記複数の受信アンテナは前記第１の方向に垂直な第２の方向に並び、前記送信アンテナは前記第２の方向において前記受信アンテナの隣に配置され、前記複数の送信ホーンは、前記第１の方向に進むに従って前記第２の方向において位置を異ならせて配置された傾斜配置部と、前記第１の方向に進むに従って前記第２の方向とは逆側において位置を異ならせて配置された逆傾斜配置部を含み、前記複数の送信ホーンは、前記第１の方向において等間隔に配置され、前記逆傾斜配置部は前記第１の方向において前記傾斜配置部の隣に配置され、前記傾斜配置部に含まれる前記複数の送信ホーンの配列は、前記逆傾斜配置部に含まれる前記複数の送信ホーンの配列と、前記第１の方向に対して垂直な面に関して鏡映対称であり、前記傾斜配置部又は前記逆傾斜配置部に含まれ、前記第１の方向において隣に位置する前記複数の送信ホーン間の、前記第２の方向における配置位置の違いには、少なくとも２種類の大きさがあり、Ｎを１以上の整数とするとき、前記複数の送信ホーンの数は２Ｎ個であり、前記複数の受信アンテナは前記第２の方向において等間隔Ｐで並び、前記第１の方向において隣接する前記送信ホーンの前記第２の方向への配置位置の違いの平均値は、２Ｐ／Ｎ以下、Ｐ（Ｎ−１）／Ｎ^２ 以上であるレーダアンテナである。

本願におけるレーダアンテナは、送信ホーン及び受信ホーンを適切に配置することにより、サイドローブを低減する効果を有する。

図１（ａ）は、第１の実施形態のレーダアンテナの構成を示す。 図１（ｂ）は、第１の実施形態の受信ホーンのＸ方向における断面図を示す。 図２（ａ）は、第１の実施形態の変形例の受信アンテナおよび送信アンテナを示す。 図２（ｂ）は、第１の実施形態変形例の受信ホーンのＸ方向における断面図を示す。 図２（ｃ）は、第１の実施形態の変形例の送信ホーンのＸ方向における断面図を示す。 図３（ａ）は、第１の実施形態の受信ホーンの水平指向特性を示す。図３（ｂ）は、第１の実施形態の実形解析による開口面でのＸ方向の電界強度及び位相分布を示す。 図４は、第１の実施形態のレーダアンテナの仰角指向特性を示す。 図５は、第１の実施形態の送信ホーンの水平指向特性を示す。 図６は、第１の実施形態のレーダアンテナの水平指向特性を示す。 図７は、従来の設計例のレーダアンテナの水平方向指向特性を示す。 図８は、第２の実施形態のレーダアンテナの水平指向特性を示す。 図９は、第２の実施形態の送信ホーンの構成を示す。 図１０（ａ）は、固定部材を有したレーダアンテナを示す。 図１０（ｂ）は、符号Ａ−Ａにおけるレーダアンテナの断面図である。 図１１は、受信アンテナアレーを用いる方位検知の原理を説明する図である。

図１（ａ）に、本発明の第１の実施形態であるレーダ装置１１１の構成を示す。
レーダ装置１１１は、レーダアンテナ１と、少なくとも１チャンネルの送信端を有する電波送信機と、複数の受信端を有する電波受信機を有している。また、レーダアンテナ１は、送信端に接続する送信アンテナ２１及び複数の受信端に各々接続する複数の受信アンテナ３１からなる受信アンテナアレー３を有している。送信アンテナ２１はレーダアンテナ１の機能要件に応じて複数用いられることもあるが、ここでは一つだけとする。なお、ここでは電波送信機と電波受信機は図示していない。

各アンテナは特許文献１に示される構造を持つ。即ち第１の方向（Ｙ方向）に延びる矩形導波管９に放射電界が同位相となるように設けられた多数のスロットを備える導波管スロットアレーである。このアンテナでは放射面に垂直な方向に高利得が得られる。各スロットは矩形ホーンを備える。アンテナはＹ方向の直線偏波を送信又は受信可能である。

送信アンテナ２１は複数の送信ホーン２２を含み、送信ホーン２２は、前記第１の方向において等間隔に配置される。送信ホーン２２は、それぞれに送信スロット２３を有する。受信アンテナアレー３は、第１の方向に垂直な第２の方向（Ｘ方向）に配列する複数の受信アンテナ３１を含む。受信アンテナ３１は、各々第１の方向に並ぶ複数の受信ホーン３２を含む。受信ホーン３２は、それぞれに受信スロット３３を有する。複数の受信アンテナ３１は第２の方向（Ｘ方向）に等間隔で並び、送信アンテナ２１は第２の方向において受信アンテナ３１に隣接して配置される。送信ホーン２２および受信ホーン３２の形状は、Ｘ方向に長辺を、Ｙ方向に短辺を有する矩形である。同様に、送信スロット２３および受信スロット３３の形状は、Ｘ方向に長辺を、Ｙ方向に短辺を有する矩形である。

送信アンテナ２１は、複数の送信ホーン２２が、Ｙの方向に進むに従ってＸ方向に位置を異ならされて配置され、配置間隔がＳｘである傾斜配置部４と、Ｙ方向に進むに従ってＸ方向の逆方向、すなわち−Ｘ方向に位置をＳｘだけ異ならされて配置され、配置間隔がＳｘである逆傾斜配置部５を含む。逆傾斜配置部５はＹ方向において傾斜配置部４の隣（図中において下側）に配置される。傾斜配置部４に含まれる複数の送信ホーン２２の配列は、逆傾斜配置部５に含まれる複数の送信ホーン２２の配列と、Ｙ方向に垂直な面６に関して鏡映対称である。傾斜配置部４および逆傾斜配置部５は全体として（つまり送信アンテナ２１は）、全体としてV字型の配列をなす。傾斜配置部４および逆傾斜配置部５は、必ずしも全ての送信ホーン２２が傾斜している必要はない。少なくとも一部の送信ホーン２２がＸ方向および−Ｘ方向に位置を異ならされて配置されていればよい。

一般の矩形ホーンは入出力端となる矩形導波管から電波進行方向に垂直な矩形断面積を漸次広げていった角錐形状を成し（以降は標準ホーンと呼ぶ）、開口面の振幅分布は矩形導波管の基本モードであるＴＥ１０成分がそのまま現れる。
開口面での波面（等位相面）は非特許文献１の図６・３の説明にあるように楕円球面状の曲面になり、壁面側では位相遅れが生ずる。この影響により非特許文献１の図６・５、図６・６に示されるように利得減、サイドローブ上昇などの性能低下が生じ、ヌル点も不明瞭になる。

図１（ｂ）は、受信ホーン３２のＸ方向における断面図である。図１（ａ）、図１（ｂ）に示す通り、矩形ホーンの開口面７の寸法は、横幅をＡ、縦長をＢ、開口から矩形導波管９までの奥行き長をＨ、矩形導波管９（受信スロット３３）のＸ方向の寸法（長辺寸法）をＷａ、で表す。また、受信アンテナ３１はＸ方向に等間隔で配置され、その配置間隔をＰで表す。送信及び受信アンテナにおける各部位を指す場合は各々の表記に送信はｔ、受信はｒの添え字を付けて示す。

図２に、本発明の第１の実施形態の変形例であるレーダアンテナ１１を示す。図２（ａ）は受信アンテナ３１１および送信アンテナ２１１、図２（ｂ）は受信ホーン３２１のＸ方向における断面図であり、図２（ｃ）は送信ホーン２２１のＸ方向における断面図である。
受信ホーン３２１の基部側には矩形導波管９が接続し、レーダアンテナ１１は、矩形導波管９と受信ホーン３２１との間において、受信ホーン３２１の内壁面から矩形導波管９に向けて広がる平面部８を有する。この例では平面部８は、受信ホーン３２１の軸に対して垂直である。但し、本願発明における平面部８は、受信ホーン３２１の軸に対して垂直であるものに限られず、傾斜していても良い。平面部８を有するホーンは、ボックスホーンとも称される。平面部８により、ホーンの側面に段状の不連続部８１が生じる。この不連続部８１により高次モードの内ＴＥ３０モードを発生させ、放射特性を改善・修整できる。原理詳細は特許文献１の図３，４の説明による。平面波解析（波面の湾曲による位相遅れが無いものと仮定する）により段状の不連続部８１を持つホーン（以下、段付きホーンと呼ぶ）と標準ホーンとの放射特性を比較する。また、平面部８は、受信ホーン３２１だけでなく、図２（ｃ）が表すように送信ホーン２２１にも設けられる。

段付きホーンにおける開口面７の電界分布は以下で表される。

ここで、矩形である開口面７の中点を原点としてＸは、−Ａ／２以上Ａ／２以下であり、α_１、α_３はＴＥ１０及びＴＥ３０モード成分の電界強度を示す係数で、両成分の電界方向は開口面中央（Ｘ＝０）で逆向きとする。
α_１とα_３の比をζ（＝α_３／α_１）とする場合、この開口分布による、開口効率η、及びＸ方向の相対放射指向特性Ｄ_Ｘは以下で得られる。

ここで、ｕ＝Ａ／λ・ｓｉｎθ Ａはホーン開口の横幅、θは方位角である。Ｄ_Ｘ＝０となる方位角νを計算することで、ヌル点の出現する方位角νが得られる。
開口効率ηとヌル点の出現する方位角νは、標準ホーンではη＝８１％、ν＝ｓｉｎ^−１（３λ／２Ａ）である。
また、段付きホーンではζ＝１／３で開口効率ηが最大になる。その場合η＝９０％、
ν＝ｓｉｎ^−１（√５λ／２Ａ）である。

以下、段付きホーンを使用した場合のアンテナの設計例を示す。
受信アンテナ３１１を用いたレーダアンテナ１１では、アンテナの構成数が多いほど分解能は向上する。しかしアンテナの構成数を増やすとコストは増大する。同じ構成数であれば受信アンテナ３１１の配置間隔Ｐが広いほど分解能は高まるが、検知可能な角度範囲は狭まる。以降の設計例では、前方の自走車線と左右の隣接車線を監視する角度範囲を有しつつ、できるだけ高分解能を得るために、受信アンテナ３１１の配置間隔Ｐ＝９．４ｍｍ（２．４λ）を選定する。

受信ホーン３２１の横幅Ａｒは電気的には大きい方が望ましいが、製造上隣り合うホーンの間に壁に厚みを持たせる必要がある。鋳造可能な条件を検討した実績に基づき、壁厚は０．８ｍｍとした。受信ホーン３２１の横幅はＡｒ＝８．６ｍｍ、縦長は、後述の条件からＢｒ＝３．８ｍｍとする。
図３を用いて、段付きホーンと標準ホーンの特性の比較を行う。図３（ａ）に受信ホーンの水平方向指向特性を示す。一点鎖線２１は実際の段付きホーン（受信ホーン３２１）の特性で、破線２２は標準ホーン（受信ホーン３２）の特性であり、三次元シミュレータを用いた解析結果を表す。両者とも開口面積および奥行き長は同一である。利得が最大になるように寸法を選択した結果、奥行き長はＨｒ＝７．１ｍｍ、平面部８のＸ方向の幅寸法をＣとすると、Ｃ_ｒは３．８ｍｍとなった。段付きホーンでは標準ホーンと比べてピーク利得が増加していることが分かる。

細実線２３と点線２４は平面波解析による計算結果を表す。細実線２３は前述の効率最大の条件（ζ＝１／３）としたもの、点線２４はＴＥ１０モードだけの場合である。段付きホーンについての計算結果である一点鎖線２１と細実線２３は、ほぼ一致するが、標準ホーンについての計算結果である点線２２と点線２４を比較すると、三次元シミュレータを用いて実形解析を行って得た点線２２ではヌルが現れずピーク利得も低い。これは実形解析では波面の湾曲による位相遅れの影響が現れているのに対して、平面波解析ではその影響が入っていないからである。すなわち、簡便な解析方法である平面波解析結果の、実形解析結果からのずれは、標準ホーンでより顕著である。

次に、図３（ｂ）に実際の解析による受信ホーン３２１の開口面７でのＸ方向の電界強度及び位相分布を示す。特性は左右対称であるため、電界強度、および位相分布のそれぞれについて、前方から右側の半分のみを示す。図３（ｂ）では、右側に電界強度、左側に位相分布を表示している。
実線３１は段付きホーンの特性を示す（段付きホーンの特性は図３（ａ）では一点鎖線２１であらわされている）。破線３２は標準ホーンの特性を示す（標準ホーンの特性は、図３（ａ）では破線２２であらわされている）。電界強度は標準ホーンの開口面７の中央での値を基準に同じ入力電力に対する相対値である。位相分布は実線３１ではほぼ平坦であるが、破線３２では位相遅れが現れる。即ち、段付きホーンは開口面７の電界強度の修整に加え、位相遅れを矯正する効果を持つ。

次に、アレー特性について説明する。
同じ放射特性Ｄを持つアンテナ素子を複数配列してアレーアンテナを構成する場合は、アレーアンテナの指向特性は、個々のアンテナ素子の放射特性Ｄとアレーファクター（アレーの配列による指向特性）Ｆの積である。
放射素子が等電力・等位相で給電される場合に効率は最大になる。等間隔Ｓで直線上に配列されＭ個のアレー素子で構成されたアレーに対してアレーファクターＦは以下で与えられる。

第１の実施形態およびその変形例について、アレーアンテナの放射特性を示す。送信アンテナ２１、２１１および受信アンテナ３１、３１１は、上下方向に各７段ずつ計１４段のアレー素子が並んでアレーアンテナを構成している。以下、アンテナの段数をＭ、傾斜配置部及び逆傾斜配置部の段数を各々Ｎで表す。

まず、このような構成における送信アンテナの指向特性について説明する。
図４は、Ｍ＝２Ｎ＝１４（Ｎ＝７）の場合の、送信アンテナ２１１の仰角方向における指向特性である。各ホーンを等位相で給電するためにはそのＹ方向における配置間隔Ｓｙを、各スロットに電力を給電する矩形導波管９の管内波長に一致させる必要があるため、Ｓｙ＝４．６ｍｍとしている。また、矩形導波管９の長辺幅Ｗａは３．７４ｍｍとしている。点線７０は、各スロットに電力を均等に供給した場合の特性を示す。アレーファクターは数式１２で表現される。なお、各ホーンは図３（ａ）の一点鎖線２１に相当する水平指向特性を持つとして計算している。なお、各ホーンへの給電を、等位相状態からずらすことで、アンテナアレーの指向性を調節することも考えられる。その場合は、位相をずらす量に応じて、配置間隔Ｓｙを矩形導波管９の管内波長から異ならせることになる。

実際のレーダアンテナでは、中央部で電力を大きく、両端では小さくするように給電し、サイドローブを低減する構造とすることが一般的である。図４の実線７１は、そのような給電を行った場合の特性の例である。傾斜配置部と逆傾斜配置部において、給電パターンは互いに上下対称となっている。
中央から１、２、・・７番目のホーンへ給電する電力は以下のように配分されている。
０．２７：０．２４：０．２：０．１３：０．０８：０．０４：０．０４
なお、点線７０，実線７１はθ＝０におけるピーク値を基準（０ｄＢ）とする相対値で示している。
送信アンテナ２１、２１１はＹ方向に傾斜配置部４と逆傾斜配置部５を有し、傾斜配置部４と逆傾斜配置部５は鏡映対称となるように配列している。ＹＺ平面内（即ち仰角方向）のアレーファクターＦは、傾斜配置部４と逆傾斜配置部５の配置態様には影響されず、Ｙ方向におけるアンテナ素子の配置間隔のみによって定まる。ＸＺ平面内（即ち水平方向）も同様に、アレーファクターＦはＸ方向におけるアンテナ素子の配置間隔のみによって定まる。傾斜配置部４と逆傾斜配置部５各々を構成するアンテナ素子の数は等しい。言い換えれば、Ｍ＝Ｎである。従いＸ方向へも等間隔Ｓ_Ｘで配列されたアンテナアレーに等電力で給電する場合の第一ヌル点μは、数式１２でＦ＝０となる最小のθを計算することで得られ、数式１３で表される。

本発明は受信ホーン、送信ホーン及び送信ホーンのＸ方向の配置位置の違いに伴って現れる３つのヌル点を用いて、レーダの外領域における感度を低下させるものである。以下では、本発明の実施形態の一例として、送信アンテナは等電力給電でＸ，Ｙ方向とも等間隔配列である場合について、作用・効果を比較する。

先に説明したように、受信アンテナ３１１の配置間隔Ｐは９．４ｍｍ（２．４λ）であり、受信ホーン３２１の横幅Ａ_ｒ＝８．６ｍｍよりも少し大きい。よって、受信ホーン３２１が単独で使用された場合のＸ方向における指向性に現われるヌル点ν_ｒ＝ｓｉｎ^−１（３λ／２Ａ_ｒ）は、γ＝ｓｉｎ^−１（λ／Ｐ）（数式５）で与えられるγの少し外側に位置する。この受信ホーン３２１単体の水平方向指向特性は図３（ａ）の一点鎖線２１に示されている。

次に、送信アンテナの寸法について説明する。送信ホーン２２１が単独で使用された場合のＸ方向における指向性に現われるヌル点ν_ｔがχ（隣り合う受信アンテナ素子間の受信信号の位相差がπになる方位）と重なるように、送信ホーン２２１の幅（Ａｔ）、平面部８の幅（Ｃｔ）、奥行き（Ｈｔ）を選ぶ。ここで、幅とは図２（ａ）においてけるＸ方向の寸法を意味し、奥行きとはＺ方向の寸法を意味する。また、後述する縦方向寸法Ｂｔは、Ｙ方向寸法を意味する。この送信アンテナにおいて、数式１３で表される、送信ホーン２２１が傾斜配置部４と逆傾斜配置部５を有する事によって生じるヌル点μは、適宜ν_ｔとν_ｒの間に位置させる方法が考えられる。図５にこのように寸法を選択した場合の送信ホーン２２１の水平方向指向特性を示す。

送信ホーン２２１の開口面７の縦方向の寸法Ｂｔは、受信ホーン３２１と同じ寸法である３．８ｍｍとする。アンテナ素子の配置間隔Ｐが９．４ｍｍの場合、χ＝１２°である。二点鎖線４１は効率最大（ＴＥ３０モードとＴＥ１０モードの比であるζが、約１／３）の条件でν_ｔ＝χとするよう各所の寸法を選んだ場合の特性を示す。この例では、開口幅Ａｔ＝２１ｍｍ、平面部８の長辺幅Ｃｔ＝８．５ｍｍ、ホーンの長さＨｔ＝２６ｍｍ である。
破線４２は開口幅Ａｔを同じく２１ｍｍにしつつ、ζを小さくとった場合の特性を示す。この場合は、Ｃｔ＝７．２ｍｍ、Ｈｔ＝２３．８ｍｍ である。これによってサイドローブを下げることも可能であるが、ヌル点ν_ｔはより外側に移動する。
細実線４３は二点鎖線４１と同じヌル点で破線４２と同等のサイドローブレベルとなるように各所の寸法を選んだ場合の放射特性を示す。この場合、Ａｔ＝２５．５ｍｍ、Ｃｔ＝７．８ｍｍ、Ｈｔ＝３２．６ｍｍとなり、ホーンの奥行き長は長くする必要がある。

図６は、レーダアンテナ１１の水平方向指向特性を示すグラフである。グラフの縦軸の値は、相対値で示されている。
個々の受信ホーン３２１は、図３（ａ）の一点鎖線２１が示す受信特性（Ｄｒ）を有し、個々の送信ホーン２２１は、図４の二点鎖線４１が示す放射特性（Ｄｔ）を有する。点線５２は、送信ホーン２２１の配置間隔によるアレーファクター（Ｆｘ）を示す。送信ホーン２２１のＸ方向における配置間隔であるＳｘは１．９８ｍｍである。ヌル点ν_ｔ、ヌル点μ、ヌル点ν_ｒの順にヌル点が並んでいる。実線５０はレーダアンテナ１１の送受水平方向指向特性（＝Ｄｒ・Ｄｔ・Ｆｘ）を示す。

図７は特許文献１に記載される従来の設計例での水平方向指向特性である。個々の受信ホーンは、図５の一点鎖線２１が示す放射特性と同じである。二点鎖線８１は、送信ホーンの水平方向指向特性である。送信ホーンの配置配列によるアレーファクターは用いないのでサイドローブを大幅に下げる必要がある。このため、ホーンの横幅・奥行き長は大きくなり、Ａｔ＝４０ｍｍ、Ｃｔ＝７．６ｍｍ、Ｈｔ＝５８ｍｍである。実線８０は、レーダアンテナの送受水平方向指向特性（＝Ｄｒ・Ｄｔ）を表す。
図６と図７を比較すると、本発明ではサイドローブの感度をより大きく下げることが可能であることがわかる。また送信ホーンについて、特に奥行き寸法を小さくすることも可能である。
本設計例では送信アンテナをＹ方向に傾斜配置部と逆傾斜配置部を有する鏡映対称、受信アンテナをＹ方向に伸びる直線配列としているが、受信アンテナをＹ方向に傾斜配置部と逆傾斜配置部を有する鏡映対称、送信アンテナをＹ方向に伸びる直線配列にしても同じ効果が得られる。但し、複数の受信アンテナを全て同じＹ方向に傾斜配置部と逆傾斜配置部を有する鏡映対称にする必要があるので構造的には煩雑になる。また、送信・受信アンテナともにＹ方向に傾斜配置部と逆傾斜配置部を有する鏡映対称にすることも考えられる。この場合においても構造が煩雑になるが、受信ホーンが傾斜配置部と逆傾斜配置部を有する事によって生じるヌル点も用いることができるので、更に外領域における信号の受信強度を下げる改善も可能である。

本発明の第２の実施形態のレーダアンテナ１２では、アレーファクターＦのヌル点μがχ（隣り合う受信アンテナ素子で受信された受信波の位相差がπになる角度）と重なるように送信ホーン２２１のＸ方向における配置間隔Ｓｘを選び、送信ホーン２２１のヌル点νｔは適宜アレーファクターＦのヌル点μと受信ホーン３２１のヌル点ν_ｒの間に位置させる構造を有する。
各送信ホーン素子がＸ方向に等間隔で配列され、かつ等電力で給電される場合にμ＝χとなる条件は、数式４及び数式１３の右辺が等しい事である。よってＮ・Ｓｘ＝２Ｐである。ここで、Ｓｘを２Ｐ／Ｎより大きくすると、μ＜χ即ちヌル点が主領域の内側へ生成されるので好ましくない。よって、Ｓｘの上限は数式１４で与えられる。

図８は、第２の実施形態のレーダアンテナ１２の水平方向指向特性である。図８に示されているように、ヌル点μ、ヌル点ν_ｔ、ヌル点ν_ｒの順にヌル点が並んでいる。
図９は、レーダアンテナ１２が有する送信アンテナ２１２の構成を示す。この設計では、送信ホーン２２１のＸ方向間隔は中央から順に、３．４、３．４、３．４、２．８、１．４、０．０、である。すなわち、送信ホーン２２１のＸ方向における配置間隔Ｓｘ１には、少なくとも２種類の大きさがある。
図８で、個々の受信ホーン３２１の指向特性は、図６の一点鎖線２１が示す特性と同じである。ここでは、送信ホーン２２１のＸ方向の配置間隔Ｓｘ１を調節して、送信ホーン２２１が傾斜配置部と逆傾斜配置部を有する事によって生じるヌル点μを、χに重ねている。点線６２はこのアレーファクターを表す。二点鎖線６１は送信ホーン２２１の放射特性を示す。この際の送信ホーン２２１の寸法はＡｔ＝１６ｍｍ、Ｃｔ＝７．６ｍｍ、Ｈｔ＝１７ｍｍとなり、送信ホーン２２１の開口幅及びホーンの長さ共に、第１の実施形態よりも縮小する事ができる。
ここで、本設計例の送信ホーン２２１の特性は、図４の実線７１で示される特性と同等であり、仰角方向についてサイドローブを低減させる設計となっている。
この場合は各送信ホーン２２１へ給電される電力に応じてＸ方向の間隔を調整することで、等間隔配置の送信アンテナ素子に等電力で給電する場合と同等なヌル特性を得ることができる。

具体的には送信ホーン２２１の間隔を給電される電力の大きい中央部で大きく、両端側では小さく与える。このため配置間隔Ｓｘ１の平均値σは等電力を給電する場合、及び等間隔配置の場合の間隔Ｓｘよりも小さくなる。即ち、両端側ではアレーファクターに対する寄与は小さく、中央部が支配的となるので、車載レーダアンテナとして実用的な設計に対しては以下の範囲で与えることができる。

送信ホーン２２１の配置間隔の平均値σは２．４０ｍｍである。等間隔配置の場合の配置間隔Ｓｘ＝２．６９ｍｍに対して、σ＝０．８９Ｓｘとなっている。また、数式１５の右辺は０．８６Ｓｘであり、平均値σは数式１５を満足する。
θ＝χ付近では到来波方位が僅かに変わっても検出値Θは左右反転することもあり、ヌル点に近いため入力レベルも小さく検知が不安定になる。このため、車載レーダでは、視野角（監視の対象とする方位角範囲）θｖを主領域範囲より幾分小さく定めることも一般に行われる。

例えば、θｖ＝０．９χとすれば、概ねθ＝０．９χ〜１，１χの範囲は監視の対象外となり、信号レベルの抑制が必要になる範囲は１．１χより外側となる。これによって、アンテナとしては送信ホーンが単独で使用された場合のＸ方向における指向性に現われるヌル点ν_ｔ、或いは送信ホーンが傾斜配置部と逆傾斜配置部を有する事によって生じるヌル点μを１．１χの方向に作れば良く、ホーンの寸法は更に小さくできる。これにより、視野角端（θ＝０．９χ）でのレベルも高くでき、検知の安定性を向上できる。

また、正面方向を重視して特にΘ≒０となる誤検出を抑える設計も考えられる。この場合はグレーティングローブが現れるγ方向にヌル点を作る。この特性は、第１の実施形態ではμ＝γとすることで得られる。
なお、μ＞γではレベル低減の効果も小さくなり、有用な改善も見込まれない。従い本発明の有効な範囲としては、μ≦γと考えられる。

以上の検討に基づき本発明の有効な範囲をまとめる。傾斜配置部又は逆傾斜配置部に含まれ、第１の方向（Ｙ方向）において隣に位置する複数の送信ホーン間の、第２の方向（Ｘ方向）における配置位置の違いには、少なくとも２種類の大きさがあり、Ｎを１以上の整数とするとき、複数の送信ホーンの数は２Ｎ個である。
まず第２の実施形態で、σの上限は数式１４で与えられる等電力給電・等間隔配列の場合である。このときはσ＝Ｓｘであるため、数式１６が求められる。

また、数式５、数式１３からμ＝γとなる条件は、等電力給電・等間隔配列の場合でＳｘ＝Ｐ／Ｎであり、数式１５によるσとＳｘの関係から、σの下限として数式１７が導かれる。

図１０（ａ）は、固定部材を有したレーダアンテナを示す。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の符号Ｇ−Ｇにおけるレーダアンテナの断面図を示す。レーダアンテナ１は、ホーン部材Ｈ１、プレート部材Ｐ１、フィード部材Ｆ１で構成される。ホーン部材Ｈ１は、金属平板にホーン形状および矩形の溝を彫りこんで形成される。ホーン部材Ｈ１の−Ｚ方向から、金属製であるプレート部材Ｐ１をかぶせて中空の矩形導波管９が形成される。プレート部材Ｐ１の−Ｚ方向には金属製のフィード部材Ｆ１が被せられる。ホーン部材Ｈ１、プレート部材Ｐ１およびフィード部材Ｆ１は、図示されないねじ等によって一体に固定される。フィード部材Ｆ１にはＭＭＩＣが搭載される。ＭＭＩＣにて生成された電波はフィード部材Ｆ１を介して送信アンテナ２１に伝達される。

図１０（ａ）において、ホーン部材Ｈ１およびプレート部材Ｐ１の右側の外形は、送信アンテナ２１の傾斜配置部４および逆傾斜配置部５の外形に対応した形状であるが、フィード部材Ｆ１の右側の外形は＋Ｘ方向に広がった形状である。また、プレート部材Ｐ１の左側の外形はホーン部材Ｈ１の外形と同じである。よって、図１０（ａ）では、プレート部材Ｐ１は図示されない。フィード部材Ｆ１の左側の外形は、−Ｘ方向に広がった形状である。フィード部材Ｆ１は全体として矩形である。

レーダアンテナ１は、さらに固定部材Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を有する。固定部材Ｓ１〜Ｓ４は、レーダアンテナ１とレーダアンテナ１を収容するカバー（図示せず）とを固定する。固定部材Ｓ１〜Ｓ４は、フィード部材Ｆ１の四隅に配置される。固定部材Ｓ１、Ｓ２は、より好ましくは、送信アンテナ２１のＶ字型の屈曲部分とＹ方向に重なる部分に配置される。送信アンテナ２１をＶ字型に配置することで、固定部材を配置するスペースを確保することができる。

１ レーダアンテナ
２１ 送信アンテナ
２２ 送信ホーン
２３ 送信スロット
３ 受信アンテナアレー
３１ 受信アンテナ
３２ 受信ホーン
３３ 受信スロット
４ 傾斜配置部
５ 逆傾斜配置部
７ 開口面
８ 平面部
８１ 不連続部
９ 矩形導波管
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４ 固定部材

Claims (5)

1. 複数の送信ホーンを有する送信アンテナと、
   各々が第１の方向に並ぶ複数の受信ホーンを有する複数の受信アンテナと、
   を備え、
   前記複数の受信アンテナは前記第１の方向に垂直な第２の方向に並び、
   前記送信アンテナは前記第２の方向において前記受信アンテナの隣に配置され、
   前記送信アンテナは、前記複数の送信ホーンが、前記第１の方向に進むに従って前記第２の方向において位置を異ならせて配置された傾斜配置部と、前記第１の方向に進むに従って前記第２の方向とは逆側において位置を異ならせて配置された逆傾斜配置部とを含み、
   前記複数の送信ホーンは、前記第１の方向において等間隔に配置され、
   前記逆傾斜配置部は前記第１の方向において前記傾斜配置部の隣に配置され、
   前記傾斜配置部に含まれる前記複数の送信ホーンの配列は、前記逆傾斜配置部に含まれる前記複数の送信ホーンの配列と、前記第１の方向に対して垂直な面に関して鏡映対称であり、
   前記傾斜配置部又は前記逆傾斜配置部に含まれ、前記第１の方向において隣に位置する前記複数の送信ホーン間の、前記第２の方向における配置位置の違いには、少なくとも２種類の大きさがあり、
   Nを１以上の整数とするとき、前記複数の送信ホーンの数は２N個であり、
   前記複数の受信アンテナは前記第２の方向において等間隔Pで並び、
   前記第１の方向において隣接する前記送信ホーンの前記第２の方向への配置位置の違いの平均値は、２Ｐ／Ｎ以下、Ｐ（Ｎ−１）／Ｎ^２ 以上であるレーダアンテナ。
2. 前記傾斜配置部と前記逆傾斜配置部は、全体としてV字型の配列を成す、
   請求項１のレーダアンテナ。
3. 前記送信ホーンおよび前記受信ホーンは基部側に接続する矩形導波管を有し、
   前記送信ホーンと前記受信ホーンの少なくとも一方の前記矩形導波管と前記送信ホーンおよび前記受信ホーンとの間には前記送信ホーンおよび前記受信ホーンの内壁面から前記矩形導波管に向けて広がる平面部を有し、
   前記平面部は前記送信ホーンおよび前記受信ホーンの軸に垂直である、
   請求項１又は２のレーダアンテナ。
4. 請求項１から３の何れかのレーダアンテナと、
   少なくとも１チャンネルの送信端を有する電波送信機と、
   複数の受信端を有する電波受信機と、
   を有し、
   前記送信アンテナは前記送信端に接続し、
   前記複数の受信アンテナは、前記複数の受信端に各々接続する、
   レーダ装置であって、
   前記送信ホーンが単独で使用された場合の前記第２の方向における指向性に現われるヌル点である送信ホーンのヌル点と、前記第２の方向において隣り合う一対の前記受信アンテナにより受信した受信波の位相差がπである方位とが重なり、
   前記複数の送信ホーンが前記傾斜配置部と前記逆傾斜配置部を有する事によって生じるヌル点は、前記送信ホーンのヌル点の方位と前記受信ホーンが単独で使用された場合の前記第２の方向における指向性に現われるヌル点との間に位置するレーダ装置。
5. 請求項１から３の何れかのレーダアンテナと、
   少なくとも１チャンネルの送信端を有する電波送信機と、
   複数の受信端を有する電波受信機と、
   を有し、
   前記送信アンテナは前記送信端に接続し、
   前記複数の受信アンテナは、前記複数の受信端に各々接続する、
   レーダ装置であって、
   複数の送信ホーンが前記傾斜配置部と前記逆傾斜配置部を有する事によって生じるヌル点と、前記第２の方向において隣り合う一対の前記受信アンテナにより受信した受信波の位相差がπである方位とが重なり、
   前記送信ホーンが単独で使用された場合の前記第２の方向における指向性に現われるヌル点である送信ホーンのヌル点は、前記複数の送信ホーンが前記傾斜配置部と前記逆傾斜配置部を有する事によって生じるヌル点と前記受信ホーンが単独で使用された場合の前記第２の方向における指向性に現われるヌル点との間に位置する、レーダ装置。

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