JP3572603B2 - Radar equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アレーアンテナを備えたレーダ装置に関するものであり、特に、DBF(ディジタル・ビーム・フォーミング)に適したレーダ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
DBFレーダ装置では、複数の素子アンテナからなる受信アンテナを備える。素子アンテナ別の各受信チャネルにはそれぞれミキサが設けられ、各ミキサではチャネル別に受信した受信信号に送信信号の一部がローカル信号としてミキシングされる。送信信号にFM−CW(周波数変調連続波)が用いられるFM−CWレーダ装置の場合には、このミキシングにより、受信チャネル別のビート信号が得られる。
【0003】
各ビート信号はA/D変換された後、信号処理回路部においてFFT処理およびDBF処理が行われる。DBF処理では、所望の方位に受信ビームを向けることができるため、方位を次々とずらすことにより、ステップ走査が達成される。受信ビームが向けられた方位については、それぞれターゲットの距離と速度が検出され、これらのデータを統合してターゲットの検知が行われる。
【0004】
ところで、各受信チャネルのミキサに送信信号の一部を供給する方法として、特開平3−143104号の「電子走査アンテナ」に記載されているように、電力分配器を多段構成したものを用いるものがある。まず、初段の電力分配器で送信信号の一部を2つに分配する。2段目では2つの電力分配器を用意し、初段の電力分配器の2つの出力にそれぞれ電力分配器を結合し、それぞれにつき2分配する。これにより、トータルで4分配された送信信号を得る。以下、同様にして、必要な分配数まで増加させ、最終段の出力をそれぞれ各受信チャネルのミキサに接続する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
この従来の送信信号分配方法によると、受信チャネル数の増大に伴って電力分配器も増加させる必要がある。電力分配器の増加は装置の大型化をもたらし、小型・軽量であることが要求される用途には適用が困難であった。換言すると、小型・軽量であることが重要な車載用レーダ装置等においては、大きさの制約から受信チャネル数を制限せざるを得なくなり、解像度の高いレーダ検知を断念せざるを得ないという事態が生じていた。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明のレーダ装置は、このような問題を解決するためになされたものであり、
方向性結合器アレイと、ミキサアレイと、受信用アンテナアレイと、送信信号発生器と、送信アンテナと、信号処理回路とを備えている。
【0007】
ここに、方向性結合器アレイは、第1導波管と第2導波管とが結合穴の形成された共通壁を隔てて直交した十字形方向性結合器を多数備え、各第1導波管が連続しており、各第2導波管の一方の開口が同一平面状に配列されたものである。ミキサアレイは、各第2導波管の開口に一方の入力端が対向し他方の入力端がその反対側に位置する複数のミキサが配列されたものである。
【0008】
受信用アンテナアレイは、各ミキサの他方の入力端に接続する複数の素子アンテナが配列されたものであり、送信信号発生器は、第1導波管の一方の開口端に接続するものである。送信アンテナは、第1導波管の他方の開口端に接続されており、信号処理回路は、複数のミキサの各出力信号を入力してターゲット検知処理を行うものである。
【0009】
このレーダ装置によれば、受信チャネル数(受信用送信アンテナ数)の増大に伴ってミキサの数および方向性結合器の数が増大するが、これらがいずれもアレイ状に整然と配列されるため、コンパクトに納めることができ、装置の大型化を抑制できる。
【0010】
特に、2次元方向のビーム走査を行うために素子アンテナを2次元配列した場合には、ミキサおよび十字形方向性結合器も2次元配列されることになり、集積率がさらに向上する。
【0011】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の一実施形態であるレーダ装置の回路構成を示す図である。このレーダ装置は、連続波(CW)に周波数変調(FM)を掛けた送信信号を用いるFM−CWレーダ装置であり、且つ、ディジタル・ビーム・フォーミング処理を行うDBFレーダ装置である。
【0012】
送信信号発生器11は、中心周波数がf0(たとえば60GHz)の電圧制御型発振器(VCO)と、このVCOに変調電圧を与える変調器とを備え、f0±ΔFの被変調波(送信信号)を出力する。送信信号は送信アンテナ13から放射される。
【0013】
送信信号発生器11と送信アンテナ13との間には、方向性結合器アレイ12が設けられており、方向性結合器アレイ12はn個の方向性結合器12−1〜12−nにより構成されている。
【0014】
受信アンテナアレイ14は、n個の素子アンテナ14−1〜14−nで構成されており、各素子アンテナはミキサアレイ15を構成するn個のミキサ15−1〜15−nの一方の入力端に接続されている。
【0015】
ミキサ15−1〜15−nの他方の入力端には、方向性結合器12−1〜12−nの出力端子が接続されており、送信信号発生器11から出力された送信信号の一部が方向性結合器12−1〜12−nを介して各ミキサ15−1〜15−nに供給される。
【0016】
各ミキサ15−1〜15−nでは、素子アンテナ14−1〜14−nで受信した受信信号に送信信号の一部をローカル信号としてミキシングする。これにより、受信信号はビート信号にダウンコンバートされる。
【0017】
信号処理回路16は、ミキサ15−1〜15−nからの受信チャネル別のビート信号を入力し、これらをA/D変換した後、FFT処理およびDBF処理を行い、ターゲットの距離、速度および方位を検知する。
【0018】
図2はこのレーダ装置の外観を示す斜視図であり、図3は方向性結合器アレイ12の外観を示す斜視図である。
【0019】
方向性結合器アレイ12は、n個(ここではn=18)の十字形方向性結合器をアレイ状に配列したものである。十字形方向性結合器は、2つの方形導波管を結合穴であるスリットの形成された共通壁を隔てて直行させたものであり、一方の導波管(第1導波管)から入力された電波は、直行する他方の導波管(第2導波管)において一方向に進む。
【0020】
方向性結合器アレイ12は図3に示すように、6個の十字形方向性結合器が連結したアレイ要素37〜39を備え、それらが3段に重ねられている。各アレイ要素は、第1導波管34を形作る下側構造体32と第2導波管35を形作る上側構造体31と、両構造体に挟まれた信号結合板33とで構成されている。
【0021】
下側構造体32には、長手方向に延びる1つの導波管34が形成されており、この導波管34が6個の十字形方向性結合器の一方の導波管(第1導波管)となる。上側構造体31には、導波管34と直行する方向に6つの導波管35がほぼ等間隔に形成されており、各導波管35が十字形方向性結合器における他方の導波管(第2導波管)となる。
【0022】
信号結合板33は、図4に示すように、第1導波管34と各第2導波管35との共通壁となる部分にそれぞれスリットが設けられている。スリット41と42はそれぞれ十字形状となっており、共通壁の対角線上において互いに対称な位置に配置されている。スリット41および42がそれぞれ十字形状となっているために、第1導波管34に入力された電波が各第2導波管35で所定の方向に進行する。また、2つのスリット41,42を設けることにより、結合度を高めている。
【0023】
アレイ要素37の第1導波管34とアレイ要素38の第1導波管34とは側面導波管22により連結されており、アレイ要素38の第1導波管34とアレイ要素39の第1導波管34とは側面導波管21により連結されている。そして、アレイ要素37の第1導波管34の残りの一端(図面左側)には、送信信号発生器11の出力端子が接続され、アレイ要素39の第1導波管34の残りの一端(図面右側)にはホーン型の送信アンテナ13が接続されている。これにより、送信信号発生器11と送信アンテナ13とは1本の導波管により連結され、その途中に18個の方向性結合器が設けらたことになる。
【0024】
なお、送信信号発生器11から送信信号が出力された際の第2導波管35での電波の進行方向がすべてが同一方向(前方)になるように、また、電波強度がほぼ等しくなるようにスリット41および42が調整されている。
【0025】
方向性結合器アレイ12の前方にはミキサアレイ15を介してアンテナアレイ14が設けられている。また、方向性結合器アレイ12の後方にはフェライト板であるダミーロード23が設けられている。
【0026】
ミキサアレイ15は、18本の第2導波管35にそれぞれ対向配置された18個のバランスドミキサ15−1〜15−n(n=18)を備えており、各ミキサの一方の入力端が各導波管35に接続されている。
【0027】
ミキサアレイ15のさらに前方には、18個のホーン型素子アンテナ14−1〜14−n(n=18)を有する受信用アンテナアレイ14が設けられている。各素子アンテナは、ミキサアレイ15の各ミキサの他方の入力端に接続されている。
【0028】
ミキサアレイ15の各ミキサの出力端子は信号処理回路16に接続され、信号処理回路16では、各ミキサからの素子アンテナ別のビート信号を入力して、A/D変換処理、FFT処理およびDBF処理を実行し、ターゲットを検知する。
【0029】
なお、本実施形態では、素子アンテナを2次元に配列しているが、1次元に配列してもかまわない。
【0030】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のレーダ装置によれば、受信用素子アンテナ、ミキサおよび方向性結合器をすべてアレイ化することにより、電力分配器を用いることなく、各受信チャネルへローカル信号を供給するので、装置を小型にすることができる。これにより、たとえば、高解像度の車載用レーダ装置の実現が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態であるレーダ装置の回路構成を示す図。
【図2】その外観構造を示す斜視図。
【図3】方向性結合器アレイの外観構造を示す斜視図。
【図4】方向性結合器アレイの信号結合板を示す斜視図。
【符号の説明】
11…送信信号発生器、12…方向性結合器アレイ、13…送信アンテナ、14…受信用アンテナアレイ、15…ミキサアレイ、16…信号処理回路。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a radar device having an array antenna, and more particularly to a radar device suitable for DBF (digital beam forming).
[0002]
[Prior art]
The DBF radar device includes a receiving antenna including a plurality of element antennas. A mixer is provided for each reception channel for each element antenna, and in each mixer, a part of a transmission signal is mixed as a local signal with a reception signal received for each channel. In the case of an FM-CW radar device using an FM-CW (frequency modulated continuous wave) as a transmission signal, a beat signal for each reception channel is obtained by this mixing.
[0003]
After each beat signal is A / D-converted, the signal processing circuit unit performs FFT processing and DBF processing. In the DBF processing, since the reception beam can be directed to a desired direction, step scanning is achieved by shifting the directions one after another. For the direction in which the receiving beam is directed, the distance and speed of the target are detected, and the data is integrated to detect the target.
[0004]
By the way, as a method of supplying a part of the transmission signal to the mixer of each reception channel, a method using a multi-stage power distributor as described in “Electronic scanning antenna” of JP-A-3-143104 is used. There is. First, a part of a transmission signal is divided into two parts by a first-stage power divider. In the second stage, two power dividers are prepared, and the power dividers are coupled to the two outputs of the first stage power divider, respectively, and each is divided into two. As a result, a total of four divided transmission signals are obtained. Hereinafter, similarly, the number of distributions is increased to a required number, and the output of the final stage is connected to the mixer of each reception channel.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
According to this conventional transmission signal distribution method, it is necessary to increase the number of power distributors as the number of reception channels increases. The increase in the number of power distributors has resulted in an increase in the size of the device, and it has been difficult to apply it to applications that require small size and light weight. In other words, in a vehicle-mounted radar device, etc. where it is important to be small and lightweight, the number of receiving channels must be limited due to size restrictions, and radar detection with high resolution must be abandoned. Had occurred.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The radar device of the present invention has been made to solve such a problem,
A directional coupler array, a mixer array, a receiving antenna array, a transmission signal generator, a transmission antenna, and a signal processing circuit are provided.
[0007]
Here, the directional coupler array includes a large number of cross-shaped directional couplers in which the first waveguide and the second waveguide are orthogonal to each other across a common wall in which a coupling hole is formed. Waveguides are continuous, and one opening of each second waveguide is arranged on the same plane. The mixer array is configured by arranging a plurality of mixers having one input end facing the opening of each second waveguide and the other input end located on the opposite side.
[0008]
The receiving antenna array is one in which a plurality of element antennas connected to the other input terminal of each mixer are arranged, and the transmission signal generator is connected to one opening end of the first waveguide. . The transmitting antenna is connected to the other open end of the first waveguide, and the signal processing circuit is configured to input each output signal of the plurality of mixers and perform a target detection process.
[0009]
According to this radar device, the number of mixers and the number of directional couplers increase with an increase in the number of reception channels (number of transmission antennas for reception). However, since these are all arranged in an array, they are ordered. The device can be stored in a compact form, and the size of the device can be suppressed.
[0010]
In particular, when the element antennas are two-dimensionally arranged to perform two-dimensional beam scanning, the mixer and the cross-shaped directional coupler are also two-dimensionally arranged, and the integration rate is further improved.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration of a radar device according to one embodiment of the present invention. This radar apparatus is an FM-CW radar apparatus that uses a transmission signal obtained by applying frequency modulation (FM) to a continuous wave (CW), and is a DBF radar apparatus that performs digital beam forming processing.
[0012]
The
[0013]
A
[0014]
The
[0015]
Output terminals of the directional couplers 12-1 to 12-n are connected to the other input terminals of the mixers 15-1 to 15-n, and a part of the transmission signal output from the
[0016]
Each of the mixers 15-1 to 15-n mixes a part of a transmission signal as a local signal with a reception signal received by the element antennas 14-1 to 14-n. As a result, the received signal is down-converted into a beat signal.
[0017]
The
[0018]
FIG. 2 is a perspective view showing the appearance of the radar apparatus, and FIG. 3 is a perspective view showing the appearance of the
[0019]
The
[0020]
As shown in FIG. 3, the
[0021]
In the
[0022]
As shown in FIG. 4, the
[0023]
The
[0024]
It should be noted that the traveling directions of the radio waves in the
[0025]
An
[0026]
The
[0027]
Further ahead of the
[0028]
An output terminal of each mixer of the
[0029]
In this embodiment, the element antennas are arranged two-dimensionally, but may be arranged one-dimensionally.
[0030]
【The invention's effect】
As described above, according to the radar apparatus of the present invention, a local signal is supplied to each reception channel without using a power divider by arraying all the receiving element antennas, mixers, and directional couplers. Therefore, the size of the apparatus can be reduced. As a result, for example, a high-resolution on-vehicle radar device can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration of a radar device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing its external structure.
FIG. 3 is a perspective view showing the external structure of a directional coupler array.
FIG. 4 is a perspective view showing a signal coupling plate of the directional coupler array.
[Explanation of symbols]
11: transmission signal generator, 12: directional coupler array, 13: transmission antenna, 14: reception antenna array, 15: mixer array, 16: signal processing circuit.
Claims (2)
前記各第2導波管の前記開口に一方の入力端が対向し他方の入力端がその反対側に位置する複数のミキサが配列されたミキサアレイと、
前記各ミキサの他方の入力端に接続する複数の素子アンテナが配列された受信用アンテナアレイと、
前記第1導波管の一方の開口端に接続する送信信号発生器と、
前記第1導波管の他方の開口端に接続する送信アンテナと、
前記複数のミキサの各出力信号を入力してターゲット検知処理を行う信号処理回路とを備えたことを特徴とするレーダ装置。A first waveguide and a second waveguide are provided with a large number of cross-shaped directional couplers orthogonal to each other across a common wall having a coupling hole, wherein each of the first waveguides is continuous; A directional coupler array in which one opening of each second waveguide is arranged in the same plane;
A mixer array in which a plurality of mixers having one input end facing the opening of each of the second waveguides and the other input end located on the opposite side,
A receiving antenna array in which a plurality of element antennas connected to the other input terminal of each of the mixers are arranged,
A transmission signal generator connected to one open end of the first waveguide;
A transmitting antenna connected to the other open end of the first waveguide;
A signal processing circuit that receives each output signal of the plurality of mixers and performs a target detection process.
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