JP2021514153A - レーダセンサのためのアンテナ構成 - Google Patents

Abstract

アレイアンテナとして形成されて送信アンテナとして動作可能なアンテナ（１０）と、受信アンテナとして動作可能なアンテナ配列とを備えた、レーダセンサのためのアンテナ構成において、この構成が、アレイアンテナとして形成された第１のアンテナ（１０）に加え、送信アンテナとして動作可能な第２のアンテナ（１４）を有し、第２のアンテナ（１４）が第１のアンテナ（１０）より小さなアパーチャを有すること、ならびに第１および第２のアンテナ（１０、１４）が、互いに直交する偏波をもつレーダ波を送信するために形成されていること、ならびに受信アンテナとして動作可能なアンテナ配列が、両方の偏波方向（ｚ、ｙ）に対して感受性があることを特徴とするアンテナ構成。

Description

本発明は、アレイアンテナとして形成されて送信アンテナとして動作可能なアンテナと、受信アンテナとして動作可能なアンテナ配列とを備えた、レーダセンサのためのアンテナ構成に関する。

本発明は、とりわけ、自動車において、前を走る車両およびそのほかのオブジェクトの測位に用いられ、かつ１２０ｍ以上の比較的大きな到達距離を有するレーダセンサに取り組む。

このようなレーダセンサのための従来のアンテナ構成は、送信アンテナとしてまたは組み合わされた送信および受信アンテナとして、比較的大きなアパーチャをもつアレイアンテナを有し、このアレイアンテナは、少なくとも方位角において比較的強く集束したレーダローブを生成する。この強く集束する送信アンテナに加えて、複数のより小さなアパーチャをもつ受信アンテナが設けられたアンテナ構成も知られており、この受信アンテナは、アンテナ構成の主放射方向（０°方向）の周りの比較的大きな角度範囲でもまだレーダエコーを受信することができる。

ただし、強く集束するアレイアンテナの指向特性は、０°方向の両側の比較的小さな角度ですでに、顕著な最小値または零点を示し、したがってこのレーダセンサは、この方向に存在するオブジェクトに対しては実質的に盲目である。指向特性におけるこの零点は、方位角では±３０°の大きさにあるのが典型的である。

レーダセンサシステムのより大きな視野を達成するために、これまでは、到達距離の長いレーダセンサを、１つまたは複数の到達距離の短いレーダセンサと組み合わせるのが一般的であり、到達距離の短いレーダセンサは、比較的大きな測位角度範囲を有する。

到達距離の長いレーダセンサの場合に、０°方向の周りの零点のない範囲を拡大するもう１つの可能性は、アレイアンテナの個々のアンテナ列を、適切にテーパリングすることにある。これは、アンテナ列内の個々のアンテナパッチの幅および高さに変化をつけることを意味する。しかしながらこのようなアンテナ構成を製造する際に不可避の製造公差に基づき、設定された指向特性をもつアンテナ構成を、再現性をもって製造することは困難である。

したがって本発明の課題は、大きな到達距離の場合に、０°方向の周りの拡大された零点のない範囲を有し、かつ再現性をもって製造され得るアンテナ構成を提供することである。

この課題は本発明によれば、この構成が、アレイアンテナとして形成された第１のアンテナに加え、送信アンテナとして動作可能な第２のアンテナを有し、この第２のアンテナが第１のアンテナより小さなアパーチャを有すること、ならびに第１および第２のアンテナが、互いに直交する偏波をもつレーダ波を送信するために形成されていること、ならびに受信アンテナとして動作可能なアンテナ配列が、両方の偏波方向に対して感受性があることによって解決される。

第２の送信アンテナによって放出される、相対的に広く広がったレーダローブにより、第１のアンテナのアンテナ放射パターン内の零点がほぼ補充される。両方の送信アンテナで直交する偏波を使用することは、両方のアンテナによって送信されるレーダ波間で、特定の角度での零点を再び発生させるかもしれない干渉が発生するのを阻止する。これにより、交通環境の隙間のない監視が、拡張された角度範囲内で可能にされる。

本発明の有利な形態および変形形態は従属請求項に提示されている。
受信アンテナとして動作可能なアンテナ配列は、レーダ波の送信にも使用される第１および第２のアンテナによって構成され得る。しかしながら送信のためおよび受信のために別個のアンテナを使用することも随意に可能である。

一実施形態では、第２のアンテナが、方位角において第１のアンテナより小さなアパーチャを有し、したがって、方位角において拡張された測位角度範囲が内包される。しかしながら、第２のアンテナが仰角において第１のアンテナより小さなアパーチャを有し、したがって、仰角において拡張された測位角度範囲が得られる実施形態も考えられる。

自動車用の典型的なレーダセンサでは、レーダ波がレーダセンサのレーダドームおよび／または車両のバンパを通過する際にある程度の減衰が起こり、この減衰はレーダ波の偏波方向に依存する。したがって、レーダドームおよび／またはバンパでの減衰が最小限になるよう、互いに直交する偏波方向が選択されることが好ましい。このため、より大きなアパーチャをもつ第１のアンテナによって放出される放射が垂直偏波であることが何倍も有利である。

有用な一実施形態では、第１のアンテナが、複数の平行なアンテナ列をもつアレイアンテナによって構成され、その一方で第２のアンテナは、単一のアンテナ列によって構成される。これに関して一般的には、両方のアンテナのいわゆる位相源点、つまりアンテナの電子基準点が同じ位置にある場合が有利である。これにより、０°方向から大きく外れた角度でも（および不完全な偏波デカップリングの場合も）、破壊的な干渉が発生しないことが達成される。ただし、指向特性の零点のない範囲がさして必要とされない場合、位相源点の間のある程度のずれも、そのほかの観点の下でそれが望ましいと思われるのであれば存在してよい。

アレイアンテナの複数の列および第２のアンテナの単一の列は、随意に、直列にまたは中央にも給電され得る。いずれにせよ、単一列とアレイアンテナの間の給電の振幅比は、レーダセンサの到達距離と零点のない角度範囲の大きさとの間の重み付けを必要に応じて適合させ得るパラメータである。

一実施形態では、受信アンテナとして動作可能なアンテナ配列は、第２の送信アンテナの偏波方向に対してより第１の送信アンテナの偏波方向に対して高い感度を有するアレイアンテナとして形成された第１の受信アンテナと、第１のアンテナの偏波方向に対してより第２の送信アンテナの偏波方向に対して高い感度を有し、より小さなアパーチャをもつ第２の受信アンテナとを含む。これに関し、第１の受信アンテナは第１の送信アンテナと同一であってよく、かつ第２の受信アンテナは第２の送信アンテナと同一であってよい（モノスタティックアンテナのコンセプト）。

もう１つの別の実施形態では、受信アンテナとして動作可能なアンテナ配列が、偏波が混ざらないよう形成されており、つまり、少なくとも２つの受信アンテナの各々は、実質的に両方の偏波方向の一方に対してしか感受性がなく、したがって、２倍の数の評価チャネルが用意され、かつ１つだけのレーダセンサで遠距離も近距離もカバーし得る。

以下に、例示的実施形態が図面に基づいてより詳しく解説される。

本発明によるアンテナ構成の一例を示す図である。 図１によるアンテナ構成の指向特性を示すグラフである。

図１に示したアンテナ構成は、６個の平行なアンテナ列１２を備えた平面アレイアンテナの形態での第１のアンテナ１０を有する。６個のアンテナ列１２は、３列ずつで２つのグループに分割されており、これらのグループの間には隙間があり、この隙間が第２のアンテナ１４によって埋められている。

第１のアンテナ１０の６列および第２のアンテナ１４の１列は、共通の給電ネットワーク１６により、直列に、波長λの高周波信号を給電される。すべての７個のアンテナ列の給電ネットワーク１６への接続点は均一な間隔をあけており、この間隔は波長λに相応しており、したがってすべてのアンテナ列が同位相の信号を得る。これに関し、１列のアンテナ１４の接続点は、アンテナ列１２の接続点の間で真ん中にあり、かつ第１のアンテナ１０および第２のアンテナ１４は共通の位相源点１８を有する。

第１のアンテナの各アンテナ列１２は、示した例では垂直方向に（または随意に水平方向にもしくは水平方向にのみ）テーパリングされた５個のアンテナパッチ２０から成っており、アンテナパッチ２０はそれぞれ高さλ／２を有する。したがって第１のアンテナ１０は、第１の偏波方向ｚに偏波しているレーダ放射を放出する。

例として、このアンテナ構成がレーダセンサの基板上で形成されており、このレーダセンサが、基板、したがってアンテナ１０、１４の平面が垂直に方向づけられるように、およびこの平面の法線が車両の長手軸に平行に走るように自動車に取り付けられていると仮定できる。つまりこの場合、第１のアンテナ１０のレーダ放射は垂直に偏波されており、かつ方位角におけるアンテナ１０の大きなアパーチャに基づき、放射は水平方向において鋭く集束している。

単一列によって構成された第２のアンテナ１４は、１０個のパッチ２２を有しており、ただしパッチ２２は、属する給電線から直角に出ており（交互に逆方向に）、したがって、第１の偏波方向ｚに直角な第２の偏波方向ｙに直線偏波されて直線的であるレーダ放射を放出する。方位角における第２のアンテナ１４のアパーチャは、第１のアンテナ１０のアパーチャの例えば１／７しかないので、第２のアンテナ１４によって放出される放射は、方位角において相対的に広く広がっており、したがって、第１のアンテナ１０によるレーダ放射よりも、小さな到達距離で、明らかに大きな角度範囲がカバーされる。

例として、ここで考察しているレーダセンサにおける第１のアンテナ１０および第２のアンテナ１４は、送信アンテナの機能も受信アンテナの機能も有すると仮定できる。この場合、受信されたレーダエコーは、既知のやり方で、給電ネットワーク１６に接続されたカップラによってデカップリングされ、かつ送信信号から分離され、したがって、両方のアンテナ１０、１２によって一緒に、１つだけの受信信号を１つだけの評価チャネル内で得るのみである。

図２では、図１に示したアンテナ構成の指向特性がグラフで示されている。この指向特性は、アンテナ利得Ｇを方位角θの関数として提示している。利得は方位角０°で最大値を示しており、この最大値の両側には約±３０°での最小値が並んでいるが、全体としては相対的に小さな変動しか示していないことが分かる。これの代わりに第１のアンテナ１０だけの指向特性を考察した場合には、約±３０°のところに明らかにより顕著な最小値があるであろうし、したがってこの角度に存在するオブジェクトからは、実質的に信号が検出できなくなるであろう。第２のアンテナ１４の信号により、この隙間が補充される。こうして本発明は、オブジェクトの信頼性の高い測位を、非常に大きな方位角範囲にわたって可能にしており、この場合、±３０°での最小値の付近でも感度は少ししか下がらない。

別の一実施形態では、図１で示したアンテナ構成が少なくとも２つ、１つは送信アンテナとして、１つは受信アンテナとして存在するバイスタティックアンテナのコンセプトも実現され得る。

さらに、図１で示したアンテナ１０および１４を備えた構成が送信アンテナとして利用され、かつレーダ信号を受信するために２つの別個の受信アンテナが設けられ、これらの受信アンテナの一方が垂直な偏波方向ｚに対してのみ、もう一方が水平な偏波方向ｙに対してのみ感受性があるアンテナ構成も考えられる。この場合には、異なる偏波したレーダエコーを２つの受信チャネルで別々に評価でき、これに関し、一方の受信チャネルは遠距離センサに、もう一方の受信チャネルは近距離センサに相当する。

Claims (9)

1. アレイアンテナとして形成されて送信アンテナとして動作可能なアンテナ（１０）と、受信アンテナとして動作可能なアンテナ配列とを備えた、レーダセンサのためのアンテナ構成において、前記構成が、前記アレイアンテナとして形成された第１のアンテナ（１０）に加え、送信アンテナとして動作可能な第２のアンテナ（１４）を有し、前記第２のアンテナ（１４）が前記第１のアンテナ（１０）より小さなアパーチャを有すること、ならびに前記第１および前記第２のアンテナ（１０、１４）が、互いに直交する偏波をもつレーダ波を送信するために形成されていること、ならびに前記受信アンテナとして動作可能なアンテナ配列が、両方の偏波方向（ｚ、ｙ）に対して感受性があることを特徴とするアンテナ構成。
2. 前記第２のアンテナ（１４）が、方位角において前記第１のアンテナ（１０）より小さなアパーチャを有している、請求項１に記載のアンテナ構成。
3. 前記第１のアンテナ（１０）および前記第２のアンテナ（１４）が共通の位相源点（１８）を有している、請求項１または２に記載のアンテナ構成。
4. 前記第１のアンテナ（１０）が、複数のアンテナパッチ（２０）を備えた複数のアンテナ列（１２）を有しており、かつ前記第２のアンテナ（１４）が、複数のアンテナパッチ（２２）を備えた少なくとも１つのアンテナ列を有しており、これに関し、前記第２のアンテナ（１４）の前記アンテナ列の数が、前記第１のアンテナ（１０）の数より少ない、請求項１〜３のいずれか一項に記載のアンテナ構成。
5. 前記第１のアンテナ（１０）の前記アンテナパッチ（２０）は、偏波方向（ｚ）が前記アンテナ列（１２）の長手方向に平行なレーダ波を放出するよう成形されており、その一方で、前記第２のアンテナ（１４）は、偏波方向（ｙ）が前記アンテナ列の長手方向に直角なレーダ波を放出するよう成形されたアンテナパッチ（２２）を有している、請求項４に記載のアンテナ構成。
6. 前記第１のアンテナ（１０）および前記第２のアンテナ（１４）が、前記受信アンテナとして動作可能なアンテナ配列の一部である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のアンテナ構成。
7. 前記第１のアンテナ（１０）および前記第２のアンテナ（１４）が、共通の給電ネットワーク（１４）から給電されており、かつ受信アンテナとして一様な受信信号を供給する、請求項６に記載のアンテナ構成。
8. 前記受信アンテナとして動作可能なアンテナ配列が、前記第１のアンテナ（１０）および前記第２のアンテナ（１４）とは違う少なくとも２つのアンテナを有しており、かつ前記少なくとも２つのアンテナがそれぞれ、前記両方の偏波方向（ｚ、ｙ）の一方に対して選択的に感受性がある、請求項１〜５のいずれか一項に記載のアンテナ構成。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載のアンテナ構成を特徴とする自動車用レーダセンサ。

Images