JP2021010060A - レーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーダの方位検知誤差を低減する新規な構造のレーダ装置を提供する。【解決手段】レーダ装置１は、アンテナ部２と、レドーム４と、筐体３と、を備える。アンテナ部２は、電波を放射する１つ以上のアンテナ２２が設置されたアンテナ面２３を有する。レドーム４は、アンテナ部２が放射する電波を透過する材料で形成され、アンテナ面２３に対向配置される。筐体３は、レドーム４と共にアンテナ部２を収納する空間を形成する。アンテナ面２３を囲い、かつレドーム４と接触する筐体の周縁部の少なくとも一部に、アンテナ面２３に沿ってレドーム４より外側に向けて突出した障壁部１１を有する。【選択図】図４

Description

本開示は、レーダ装置に関する。

車両の自動運転や衝突防止などを目的として使用されるミリ波レーダが知られている。ミリ波レーダは、電波を照射し、照射した電波が物体にて反射した反射波を検出して、所定の検知エリア内における物体の存在やその物体までの距離を検知するためのレーダである。

ミリ波レーダの性能は、車両に搭載して評価すると、レーダ単体で評価したときと比較して劣化する。これは、検知エリアから外れたり意図しない領域に回り込んだりした電波である不要波が、干渉波となってレーダ波の位相を乱し、物体の方位検出に誤差を生じさせることによって生じる。主要な不要波としては、バンパからの反射波が知られている。

特許文献１には、レーダ装置のハウジングに、電磁波を吸収する材料にて形成された吸収要素を設けることで、不要波の多重反射を抑制して誤差を低減する技術が開示されている。

特表２０１５−５０７７３８号公報

前述したレーダ装置では、吸収要素をレーダ装置とは別に設置する必要があるため、製造コストが上昇するという問題があった。また、バンパからの反射波だけでなく、レーダ背面へ放射される不要波も、車両のボディで反射することによって干渉波となり、方位検出誤差を生じさせる要因となるという新たな課題を見出した。

本開示の一態様では、レーダの方位検知誤差を低減する新規な構造のレーダ装置を提供することが好ましい。

本開示の一態様は、レーダ装置であって、アンテナ部（２）と、レドーム（４、４ａ、４ｃ）と、筐体（３、３ｂ）と、を備える。アンテナ部は、電波を放射する１つ以上のアンテナが設置されたアンテナ面を有する。レドームは、アンテナ部が放射する電波を透過する材料で形成され、アンテナ面に対向配置される。筐体は、レドームと共にアンテナ部を収納する空間を形成する。アンテナ面を囲い、かつレドームと接触する筐体の周縁部の少なくとも一部に、アンテナ面に沿ってレドームより外側に向けて突出した障壁部（３２）を有する。

このような構成によれば、障壁部を備えることにより、レドーム内を伝搬しレドームの周縁部から放射される不要波が、レーダ装置の背面に向かうこと、ひいては、背面に向かう不要波が干渉波となって方位検知に誤差を生じさせることを抑制できる。また、方位検知誤差の低減に、電波の吸収要素等を設ける必要がないため、製造コストも低減できる。

なお、障壁部からの反射波も干渉波となり得るが、その影響はレーダ装置単体の設計にて対応することができるため、取り付けた環境に応じて変化し、事前の対処が困難な背面への放射波による影響と比較して、方位検知誤差を容易に低減できる。

第１実施形態のレーダ装置を示す平面図である。 第１実施形態のレーダ装置においてレドームを外した状態の平面図である。 図１におけるIII−III線での断面図である。 図１におけるIV−IV線での断面図である。 方位検知精度の改善効果を示すグラフである。 指向性の改善効果を示すグラフである。 遮蔽面の幅と背面放射電力との関係を示すグラフである。 溝の深さと背面放射電力との関係を示すグラフである。 第２実施形態のレーダ装置を示す平面図である。 図９におけるX−X線での断面図である。 第３実施形態のレーダ装置を示す平面図である。 図１１におけるXII−XII線での断面図である。 第４実施形態のレーダ装置を示す平面図である。 図１３におけるXIV−XIV線での断面図である。

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
［１．第１実施形態］
［１−１．構成］
以下、本開示の例示的な実施形態について図面を参照しながら説明する。

本実施形態のレーダ装置１は、車両に搭載され、放射波を送信し、当該放射波が物体にて反射した反射波を受信する。放射波は、あらかじめ定められた周波数の電波であり、例えばミリ波が用いられる。レーダ装置１は、放射波および反射波を送受信する送受信回路、周囲の物体の情報を取得するために送受信回路にて受信した受信信号を処理する信号処理部等を備えてもよい。レーダ装置１は、例えば、車両のバンパの内部に設置され、車両の周囲に存在する様々な物体を検知する。

図１〜図４に示すように、レーダ装置１は、アンテナ部２と、筐体３と、レドーム４と、を備える。なお、レーダ装置１は、バンパ内において、車両のボディ５の一部である金属製の板面に固定される。

アンテナ部２は、長方形状のアンテナ基板２１を備える。アンテナ基板２１の両面のうち、一方の面には、電波を送受信する複数のアンテナ素子２２が設けられる。以下、アンテナ素子２２が形成されたアンテナ基板２１の面をアンテナ面２３という。

ここで、アンテナ基板２１の長辺方向をｘ軸方向、短辺方向をｙ軸方向とし、アンテナ面２３に対して垂直な軸方向をｚ軸方向とする。以下では、このｘｙｚ三次元座標軸を適宜用いて説明する。但し、アンテナ面２３を境界として放射波が放射される側がｚ軸のプラス側であり、その反対側がｚ軸のマイナス側である。そして、ｚ軸のプラス側をアンテナ正面側、ｚ軸のマイナス側をアンテナ背面側ともいう。

アンテナ素子２２は、ｘ軸方向およびｙ軸方向に沿ってそれぞれ複数個が２次元的に配列される。そして、ｙ軸方向に沿って１列に配置された複数のアンテナ素子２２が、それぞれ、一つのアレーアンテナ（以下、単位アンテナ）として機能する。つまり、アンテナ部２は、複数の単位アンテナがｘ軸方向に沿って配列された構造を有する。複数の単位アンテナは、いずれか１つが送信アンテナとして使用され、それ以外は受信アンテナとして使用される。つまり、レーダ装置１では、単位アンテナの配列方向であるｘ軸方向が方位検知方向となる。

但し、送信アンテナおよび受信アンテナの態様はこれに限定されるものではなく、送信アンテナとして使用される単位アンテナ、および受信アンテナとして使用される単位アンテナの数および配置は、任意に設定できる。また、すべての単位アンテナが送信アンテナとして使用されてもよいし、すべての単位アンテナが受信アンテナとして使用されてもよい。

筐体３は、金属材料によって構成され、直方体状の外観を有し、レドーム４と共にアンテナ部２を収納する空間を形成する。筐体３は、一つの面にアンテナ部２を収納するための凹部である筐体凹部３１が設けられる。筐体凹部３１の深さは、アンテナ基板２１の厚さと同じ大きさに設定される。アンテナ部２は、アンテナ基板２１のアンテナ面２３とは反対側の面が筐体凹部３１の底面に接するように固定される。これにより、筐体３が、アンテナ部２のグランドパターンとして作用する。また、アンテナ部２は、アンテナ基板２１の厚さ方向に沿った面である側面と、筐体凹部３１の内側面との間に、レドーム４の固定に使用される隙間が形成されるように、筐体凹部３１内に固定される。また、筐体３は、筐体凹部３１が形成された面とは反対側の面がボディ５への固定面とされる。

なお、アンテナ部２が送受信する電波の波長をλとして、筐体凹部３１を囲う筐体縁部３２の幅Ｌは、Ｌ≦λ／４、且つ、筐体３として必要な強度が確保される大きさに設定される。

以下では、アンテナ基板２１が筐体凹部３１に取り付けられたレーダ装置１に対しても、アンテナ基板２１のｘｙｚ軸方向を適用する。
筐体３においてｘ軸方向（すなわち、方位検知方向）の両端に位置する二つの側壁には、それぞれ、ｙ軸方向に沿って延びる溝であるチョーク溝３３が設けられる。チョーク溝３３の深さＤはＤ＝λ／４に設定される。但し、厳密にＤ＝λ／４である必要はなく、±２５％以内程度のずれがあってもよい。

レドーム４は、直方体状の外形を有し、その一面が開口した箱型の形状を有する。つまり、レドーム４は、長方形の筒状に形成された筒状部４２と、筒状部４２の一方の開口を塞ぐように配置された板状部４１とを有する。レドーム４は、アンテナ部２にて送受信される電波を低損失で透過させる誘電体により形成される。但し、誘電体の比誘電率は１より大である。レドーム４において、アンテナ基板２１のアンテナ面２３に対向する部位である板状部４１の厚さは、レドーム内波長をλｇとして、λｇ／２に設定される。但し、レドーム内波長とは、アンテナ部２にて送受信される電波がレドーム４内を伝搬するときの波長をいう。

レドーム４は、筒状部４２の開口側が筐体凹部３１の周囲に固定されることで、筐体凹部３１を覆い、筐体凹部３１に収納されたアンテナ部２のアンテナ面２３を保護する。但し、レドーム４は、ｘ軸方向（すなわち、方位検知方向）の両端部では、図４に示すように、筒状部４２の外壁面が筐体凹部３１の内壁面に接触し、ｙ軸方向の両端部では、図３に示すように、筒状部４２の内壁面が筐体３の外壁面に接触した状態で固定される。つまり、レーダ装置１のｙ軸方向の両端部では、レドーム４の方が筐体３より外側に突出し、レーダ装置１のｘ軸方向の両端部では、レドーム４より筐体３の方が、筐体縁部３２の分だけ外側に突出する。以下では、筐体縁部３２のうち、ｘ軸方向の両端部にてレドーム４より突出した部分を障壁部１１という。障壁部１１の幅（すなわち、レドーム４からの突出長）は、筐体縁部３２の幅Ｌと同じ大きさとなる。

このように構成されたレーダ装置１は、ｙ軸方向が車高方向と一致し、ｘ軸方向が水平方向と一致し、ｚ軸方向が検知エリアの中心方向と一致するように車両に固定される。検知エリアとは、アンテナ面２３の中央を原点として、ｘ−ｚ平面内においてアンテナ面２３の法線方向、すなわちｚ軸方向を０°とする所定角度範囲のエリアである。所定角度範囲は、例えば、−６０°〜＋６０°に設定され、これより広く設定されてもよい。検知エリアの外に放射される放射波を不要波という。

［１−２．作用］
レーダ装置１では、アンテナ部２から放射された放射波は、レドーム４を介して外部に放射される。放射波の一部は、レドーム４の二つの境界面で反射されるが、レドーム４の厚さがλｇ／２に設定されているため、内側面での反射波と外側面での反射波との位相が打ち消しあい、レドーム４からアンテナ部２に向かう反射波が抑制される。また、放射波の一部は、レドーム４内で多重反射しながら外部に放射される。そして、レドーム４の端部からは、様々な方向に放射され、レーダ装置１の背面方向にも放射される。背面方向に放射される不要波は、ボディ５で反射して前方に向けて放射され、検知エリア内に放射される放射波と干渉することによって方位検知に誤差を生じさせる。特に、ボディ５に対してｚ軸に近い角度（以下、急角度）で入射される不要波の影響が大きい。

レーダ装置１では、方位検知方向の両端部に設けられた障壁部１１が、このような急角度でボディ５に向かう不要波を反射する。また、チョーク溝３３は、急角度でボディ５に入射し、筐体３の側壁近くを通過する不要波を打ち消すように作用する。つまり、チョーク溝３３からの反射波は、チョーク溝３３への入射波とは位相が１８０°ずれるため、不要波を打ち消す作用を有する。

［１−３．効果］
以上詳述した第１実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１ａ）レーダ装置１によれば、障壁部１１を備えることにより、車両への実装前には予測することが困難なボディ５で反射した不要波に基づく干渉波を抑制でき、ひいては不要波を原因として生じる方位検知誤差を抑制できる。なお、障壁部１１からの反射波も方位検知誤差を発生させる要因となるが、障壁部１１はレーダ装置１の一部であるため、レーダ装置１単体の設計時に対策を立てることができる。

（１ｂ）レーダ装置１によれば、電波の吸収要素等を設けることなく、方位検知誤差を低減させることができるため、製造コストを削減できる。
（１ｃ）レーダ装置１によれば、チョーク溝３３を備えることにより、障壁部１１では反射されずにボディ５に向かう不要波の一部を打ち消すことができるため、不要波を原因として生じる方位検知誤差を、更に抑制できる。

［１−４．測定］
図５は、アンテナ部２で取得される信号に基づき、−４０°〜＋４０°の範囲で方位検知の誤差をシミュレーションによって算出した結果を示す。実線が本開示の実施例であり、破線が比較例である。実施例では、λ＝１２．４ｍｍ、Ｌ＝λ／４、Ｄ＝λ／４とした。また、比較例は、方位検知方向であるｘ軸方向でも、ｙ軸方向と同様に、レドーム４の方が筐体３より外側に位置するように構成することで、障壁部１１が存在しない構造とし、更に、チョーク溝３３も存在しない構造とした。

実施例および比較例のいずれも、±１０°を超えるあたりから誤差が増大する。但し、実施例の方が、方位検知誤差の抑制効果が大きいことがわかる。
図６は、アンテナ部２の指向性を測定した結果を示す。実施例では比較例と比較して、±９０°以上の方位、すなわち背面方向での利得が抑制されること、つまり、ボディ５で反射する不要波が抑制されることがわかる。

図７は、実施例の構造において、障壁部１１の幅Ｌを変化させて測定した背面方向への放射電力（以下、背面放射電力）の平均値を示す。背面放射電力の平均値は、Ｌ≦λ／４では、Ｌが大きくなるほど低下し、Ｌ＞λ／４では略一定となる。つまり、Ｌの大きさに関わらず、障壁部１１を設けることで方位検知誤差を抑制する効果が得られる。また、Ｌ＞λ／４としても、筐体３のサイズが増大するだけで、更なる抑制効果は期待できないことがわかる。

図８は、実施例の構造において、チョーク溝３３の深さＤを変化させて測定した背面放射電力の平均値を示す。背面放射電力の平均値は、Ｄ＝λ／４の近傍で最小となり、すなわち方位検知誤差を抑制する効果が最大となり、Ｄをそれより短くしても長くしても抑制効果が低下することがわかる。

［２．第２実施形態］
［２−１．第１実施形態との相違点］
第２実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

前述した第１実施形態では、ｘ軸方向を方位検知方向としている。これに対し、第２実施形態では、ｘ軸方向に加えｙ軸方向も方位検知方向とし、これに応じてレドーム４ａの形状を一部変更した点で、第１実施形態と相違する。

第２実施形態のレーダ装置１ａは、図９および図１０に示すように、アンテナ部２と、筐体３と、レドーム４ａとを備える。但し、IV−IV線の断面図については図４を参照のこと。

アンテナ部２において、複数のアンテナ素子２２は、第１実施形態と同様に配置されている。但し、アンテナ部２は、第１実施形態と同様の使用方法によってｘ軸方向の方位検知が可能なだけでなく、ｘ軸に１列に並ぶ複数のアンテナ素子２２を有したアレーアンテナを単位アンテナとして使用することで、ｙ軸方向の方位検知も可能とされる。

レドーム４ａのｘ軸方向の両端部は、図４に示した第１実施形態の場合と同様に、レドーム４ａより筐体３の方が、筐体縁部３２の分だけ外側に突出する。レドーム４ａのｙ軸方向の両端部も、図１０に示すように、ｘ軸方向の両端部と同様に、レドーム４ａの筒状部４２の外壁面が筐体凹部３１の内壁面に接触した状態で固定され、レドーム４ａより筐体３の方が。筐体縁部３２の分だけ外側に突出する。

つまり、レーダ装置１ａでは、筐体縁部３２の全体が、レドーム４ａより外側に突出して設けられ、障壁部１１として機能する。
［２−２．効果］
以上詳述した第２実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ）〜（１ｃ）を奏し、さらに、以下の効果を奏する。

（２ａ）レーダ装置１ａによれば、ｘ軸方向だけでなく、ｙ軸方向についても、方位検知誤差を抑制する効果を得ることができる。
［３．第３実施形態］
［３−１．第１実施形態との相違点］
第３実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

第３実施形態では、筐体３ｂにおいてチョーク溝３３ｂを設ける位置が、第１実施形態と相違する。
第３実施形態のレーダ装置１ｂは、図１１および図１２に示すように、アンテナ部２と、筐体３ｂと、レドーム４とを備える。但し、III−III線の断面図については、図３を参照のこと。

筐体３ｂでは、チョーク溝３３ｂが、筐体側壁に設けられる代わりに、障壁部１１、すなわちｘ軸方向の両端部に位置する筐体縁部３２の正面側に、ｙ軸に沿って設けられる。
［３−２．効果］
以上詳述した第３実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ）（１ｂ）を奏し、さらに、以下の効果を奏する。

（３ａ）レーダ装置１ｂによれば、障壁部１１で反射する不要波の一部を、チョーク溝３３ｂによって打ち消すことができ、方位検知誤差を更に抑制できる。
［４．第４実施形態］
［４−１．第１実施形態との相違点］
第４実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

第４実施形態では、レドーム４ｃの形状が、第１実施形態と相違する。
第４実施形態のレーダ装置１ｃは、図１３および図１４に示すように、アンテナ部２と、筐体３と、レドーム４ｃとを備える。但し、III−III線での断面図は図３を参照のこと。

レドーム４ｃは、アンテナ面２３と対向する板状部４１ｃが、ｘ軸方向（すなわち、方位検知方向）の両端付近で、両端に近づくほど板厚が薄くなるように形成した傾斜部４１１を有する。傾斜部４１１は、板状部４１ｃの内面側をアンテナ面２３と平行に形成し、外面側を傾斜させて形成することで板厚を変化させている。

［４−２．作用］
アンテナ部２からの放射波の一部は、レドーム４ｃの内部で繰り返し反射されながら、レドーム４ｃのｘ軸方向の両端部、すなわち傾斜部４１１に向けて伝搬する。傾斜部４１１では、外部に放射される不要波が、板厚一定の部位より増大し、その分、レドーム４ｃのｘ軸方向両端部から背面方向に放射される不要波が減少する。

［４−３．効果］
以上詳述した第４実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ）〜（１ｃ）を奏し、さらに、以下の効果を奏する。

（４ａ）レーダ装置１ｃでは、背面に向けて放射される不要波が抑制されるため、ボディ５からの反射波によって生じる方位検知誤差をより一層抑制できる。
［５．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は前述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

（５ａ）上記実施形態では、チョーク溝３３，３３ｂを、筐体３の側壁または障壁部１１のいずれか一方にだけ設けられているが、両方に設けられてもよい。また、チョーク溝３３，３３ｂの数も、方位検知方向の両端部に一本ずつに限らず、複数本ずつ設けてもよい。

（５ｂ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加または置換してもよい。

１，１ａ〜１ｃ…レーダ装置、２…アンテナ部、３，３ｂ…筐体、４，４ａ，４ｃ…レドーム、５…ボディ、１１…障壁部、２１…アンテナ基板、２２…アンテナ素子、２３…アンテナ面、３１…筐体凹部、３２…筐体縁部、３３，３３ｂ…チョーク溝、４１，４１ｃ…板状部、４２…筒状部、４１１…傾斜部。

Claims (9)

1. 電波を放射する１つ以上のアンテナが設置されたアンテナ面を有するアンテナ部（２）と、
   前記アンテナ部が放射する電波を透過する材料で形成され、前記アンテナ面に対向配置されるレドーム（４、４ａ、４ｃ）と、
   前記レドームと共に前記アンテナ部を収納する空間を形成する筐体（３、３ｂ）と、
   を備え、
   前記アンテナ面を囲い、かつ前記レドームと接触する前記筐体の周縁部の少なくとも一部に、前記アンテナ面に沿って前記レドームより外側に向けて突出した障壁部（３２）を有する
   レーダ装置。
2. 請求項１に記載のレーダ装置であって、
   前記アンテナ面を境界として前記アンテナ部が電波を放射する側を正面側、該正面側とは反対側を背面側とし、
   前記レドームは、比誘電率が１より大きい材料で形成され、
   前記障壁部は、前記レドームの周縁部から前記背面側に向けて放射されるレーダ波の少なくとも一部を遮る位置に設けられた
   レーダ装置。
3. 請求項２に記載のレーダ装置であって、
   前記障壁部が、当該レーダ装置における方位検知方向の両端に設けられた
   レーダ装置。
4. 請求項３に記載のレーダ装置であって、
   前記アンテナ部は、前記アンテナ面の法線方向を０°とし、前記方位検知方向に沿って少なくとも±６０°の範囲に電波を照射するように構成された
   レーダ装置。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のレーダ装置であって、
   前記障壁部の前記レドームからの突出長が、前記アンテナ部が送受信する電波の波長の１／４以下に設定された
   レーダ装置。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のレーダ装置であって、
   前記レドームは、
   前記アンテナ面に対向配置される板状部（４１）と、
   前記板状部の周縁に設けられ、前記筐体に固定される筒状部（４２）と、
   を備え、
   前記板状部は、レドーム内波長の１／２の板厚を有し、
   前記レドーム内波長は、前記アンテナ部で送受信される電波の前記レドーム内での波長である
   レーダ装置。
7. 請求項６に記載のレーダ装置であって、
   前記板状部は、該板状部の周縁に近づくほど板厚が薄くなる傾斜部（４４）を有する
   レーダ装置。
8. 請求項７に記載のレーダ装置であって、
   前記傾斜部は、前記アンテナ面に対向する内側面が前記アンテナ面と平行に形成され、前記内側面とは反対側の外側面が前記内側面に対して傾斜するように形成された
   レーダ装置。
9. 請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載のレーダ装置であって、
   前記障壁部または該障壁部を有する前記筐体の側面に、前記アンテナ部にて送受信される電波の波長の１／４の深さを有するチョーク溝（３３）が形成された
   レーダ装置。