JP3663702B2 - 平面アレーアンテナ及び位相モノパルスレーダ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、位相モノパルス方式のレーダ装置を構成するのに好適な平面アレーアンテナ、及びこのアンテナを用いた位相モノパルスレーダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車等の移動体の衝突を未然に防ぐために運転者の視覚を補助する手段として、電波を伝送媒体とした障害物検出レーダの実現が期待されている。またこの種のレーダ装置において、前を走行する車両等，障害物の水平方向の位置を判別することは、衝突の可能性予測にきわめて重要な技術である。このため、こうした自動車用のレーダ装置としては、モノパルスレーダ装置が有効であると考えられる。
【０００３】
つまり、モノパルスレーダ装置は、外部に所定の電波を送信し、その送信電波が物標に当たって反射してくる反射波を、位置又はビーム方向をずらした一対の受信アンテナにて受信し、各受信アンテナからの受信信号の位相差又は振幅差から物標の位置（方向等）を測位するものであり、一般には、航空機追尾用レーダとして用いられているが、受信アンテナの位置やビーム方向を水平方向にずらして設置すれば、水平方向の物標を高精度に判別することができるため、自動車の走行環境のような多くの障害物が存在する状況において、極めて有効に機能すると考えられる。
【０００４】
なお、こうしたモノパルスレーダ装置のうち、位置をずらした受信アンテナからの受信信号の位相差から物標の方向を検出するものが位相モノパルスレーダ、放射ビームの方向をずらした受信アンテナからの受信信号の振幅差から物標の方向を検出するものが振幅モノパルスレーダと呼ばれる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来、モノパルスレーダ装置では、受信アンテナに、導波管ホーンやパラボラアンテナといった、大型でしかも量産化が難しいアンテナ装置が使用されていた。これは、従来のモノパルスレーダ装置は、航空機追尾用に開発されものであり、小型化・量産化の要求がなかったためであるが、上記のように、モノパルスレーダ装置を障害物検出レーダとして自動車等の移動体に搭載するには、受信アンテナを小型化・量産化する必要があり、従来のモノパルスレーダ装置をそのまま障害物検出レーダに適用することはできなかった。
【０００６】
また特に、位相モノパルスレーダ装置では、物標からの反射電波を受信するアンテナが２つ必要なため装置が大型になり、且つ、２つのアンテナの間隔が大き過ぎると、物標の方向の僅かな変化で受信信号の位相差が大きく変わってしまい、位相差の値の範囲が３６０度を超えて折り返す現象が生じ、一つの位相差の値に対し複数の方位の値が対応することになり、位相差から方位を一義的に定めることができなくなるという問題がある。一方、上記問題点を避けるために、アンテナ間隔を狭くすると、各アンテナにアンテナ口径，延いてはアンテナ利得の小さいアンテナを使用しなければならず、物標の最大探知距離が小さくなってしまう、といった問題がある。
【０００７】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたもので、小型化・量産化を容易に図ることができ、特に位相モノパルスレーダ装置を障害物検出レーダとして自動車等の移動体に搭載するのに好適な平面アレーアンテナ、及びこれを用いた位相モノパルスレーダ装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、請求項１に記載の位相モノパルスレーダ装置においては、受信アンテナとして、マトリクス状に配置されたアンテナ素子の内、マトリクスの左右両端の一列又は複数列を構成するアンテナ素子に対して設けられた給電線路に、夫々、スイッチ手段を設け、その給電線路を開・閉できるように構成された平面アレーアンテナが使用されている。
【０００９】
この平面アレーアンテナにおいては、スイッチ手段が設けられた左右の給電線路の内、左側の給電線路に設けられたスイッチ手段を閉状態，右側の給電線路に設けられたスイッチ手段を開状態にすれば、上記マトリクスを構成する全アンテナ素子の内、この右側の給電線路を介して給電を受ける右側一列分又は右側複数列分のアンテナ素子を除くアンテナ素子にてアレーアンテナが形成され、逆に、スイッチ手段が設けられた左右の給電線路の内、右側の給電線路に設けられたスイッチ手段を閉状態，左側の給電線路に設けられたスイッチ手段を開状態にすれば、上記マトリクスを構成する全アンテナ素子の内、この左側の給電線路を介して給電を受ける左側一列分又は左側複数列分のアンテナ素子を除くアンテナ素子にてアレーアンテナが形成されることになる。
【００１０】
従って本発明の平面アレーアンテナによれば、スイッチ手段の開閉状態を左右の給電線路毎に交互に切り換えることにより、アンテナ素子の１列又は複数列分だけ位置ずれした２系統のアレーアンテナを時分割にて形成することが可能になり、位相モノパルスレーダ装置用の受信アンテナとして使用できるようになる。
【００１１】
即ち、位相モノパルスレーダ装置は、図９に示す如く、同一の指向特性のアンテナ（図では反射鏡を備えたパラボラアンテナを示す）Ａ１，Ａ２を横方向に少しずらした状態で配置し、同一の反射物標Ｐｘからの反射電波を各アンテナＡ１，Ａ２にて受信して、その受信信号の位相差から反射物標の方向（角度）θを計測するものであり、具体的には、反射物標Ｐｘから各アンテナＡ１，Ａ２の受信点Ｐ１，Ｐ２までの電波の経路長ＬA1，ＬA2の差によって生じる受信信号の位相差をφ、アンテナＡ１，Ａ２の間隔をＤ、電波の波長をλ、反射物標の方向角度をθとしたとき、下記の関係式(1) から反射物標の方向θを求めるものである。
【００１２】
φ＝（２π／λ）Ｄ・ｓinθ …(1)
このため、位相モノパルスレーダ装置を構成する際には、基本的には、同一の指向特性のアンテナＡ１，Ａ２を用いて、反射物標Ｐｘからの反射電波を同時に受信する必要があるが、本発明の平面アレーアンテナは、上記のように、アンテナ素子の１列又は複数列分だけ位置ずれした同一特性の２系統のアレーアンテナを時分割にて形成することができ、２系統のアレーアンテナの切り換えを、反射物標Ｐｘが殆ど移動しない時間内にて高速に行うようにすれば、平面アレーアンテナからの受信信号を２系統のアレーアンテナの切換タイミングと同期して交互に取り込むことにより、２つのアンテナにて受信した場合と等価な受信信号を得ることができる。従って、本発明の平面アレーアンテナによれば、位相モノパルスレーダ装置用の受信アンテナとして使用できるようになるのである。
【００１３】
そして、この場合、図９に示した従来のように、２つのアンテナを位置をずらして設置する必要がなく、１つの平面アレーアンテナにて、位相モノパルスレーダ装置の受信アンテナを実現できることから、位相モノパルスレーダ装置における受信アンテナの小型化を容易に図ることができる。また、本発明の平面アレーアンテナは、従来より位相モノパルスレーダ装置の受信アンテナとして一般に利用されているパラボラアンテナや導波管ホーンのように、反射鏡や導波管を設ける必要がないため、量産化を容易に図ることができ、しかも軽量になるので、自動車等の移動体にも容易に搭載することができる。
【００１４】
また、図９に示した従来のように、位相モノパルスレーダ装置を、一対の受信アンテナを用いて構成した場合には、そのアンテナ間隔Ｄが、各アンテナＡ１，Ａ２のアンテナ口径にて制限されてしまい、上述のように、アンテナ間隔Ｄが広くなって、位相差から方位を一義的に定めることができなくなるとか、逆に、アンテナ間隔を狭くするために各アンテナＡ１，Ａ２にアンテナ口径の小さいアンテナを使用すると物標の最大探知距離が小さくなってしまう、といった問題があるが、本発明の平面アレーアンテナによれば、一つの平面アレーアンテナにて位相モノパルスレーダ装置用の一対の受信アンテナを実現でき、これら各一対の受信アンテナの間隔は、アンテナ口径に制限されることなく、スイッチ手段の設置位置によりアンテナ素子の列間隔を最小単位として任意に設定できることから、アンテナ利得，延いては物標の最大探知距離を低下させずに、物標方向を一義的に検出することが可能になる。
【００１５】
なお、位相モノパルスレーダ装置において、アンテナ間隔Ｄが広くなると物標方向θを一義的に検出できなくなるのは、受信可能な方向θの範囲で、位相差φと方向θが１対１に対応しなくなるためである。つまり、アンテナ間隔Ｄが大きい程、方向θの僅かな変化で位相差φの値が大きく変化するようになり、位相差φの値の範囲が±πを超え、折り返すため、１つの位相差の値φに対し、複数の方位の値θが対応してしまうためである（図１０参照）。
【００１６】
そして、本発明の位相モノパルスレーダ装置では、まず、アンテナ切換手段が、平面アレーアンテナのスイッチ手段の開閉状態を、左右の給電線路毎に交互に巡回的に切り換えることにより、アンテナ素子の一列分又は複数列分だけ位置ずれした２系統のアレーアンテナを時分割にて形成し、信号発生手段が、送信信号を発生して、これを送信アンテナから送信させる。
【００１７】
この結果、送信アンテナから送信した送信電波が外部の物標に当たって反射すると、その反射電波が平面アレーアンテナに入射され、平面アレーアンテナからは、その反射電波を２つの受信アンテナにて受信した場合と等価な受信信号が時分割で出力されることになる。
【００１８】
そこで、更に、本発明の位相モノパルスレーダ装置では、平面アレーアンテナからの受信信号を、受信信号分配手段にて、アンテナ切換手段の切換動作に同期して２系統に分配することにより、受信信号を、アンテナ素子の一列分又は複数列分だけ位置ずれした２系統のアレーアンテナからの受信信号に分配する。そして、この分配した受信信号を物標検出手段に入力し、物標検出手段において、その２系統の受信信号の位相差に基づき、物標の方向を検出する。
【００１９】
従って、本発明の位相モノパルスレーダ装置によれば、従来の位相モノパルスレーダ装置のように、２つの受信アンテナを使用することなく物標の方向を検出することができ、自動車等の移動体に搭載して障害物検出レーダとして使用するのに最適なレーダ装置となり得る。また、平面アレーアンテナは、上記のように量産化・軽量化を図ることができるため、位相モノパルスレーダ装置自体を安価に実現できると共に、移動体等への取り付けも容易に行うことができる。
【００２０】
ここで、本発明の平面アレーアンテナにおいて、アンテナ素子としては、従来より平面アンテナのアンテナ素子として使用されている平面パッチやスリットアンテナ等の各種アンテナ素子を利用することができるが、このうち請求項２に記載のように、アンテナ素子を平面パッチにて形成すれば、平面アレーアンテナをより簡単に量産化することができる。つまり、平面パッチは、誘電体基板にマイクロストリップ線路を形成することにより簡単に作製できるため、アンテナ素子を平面パッチにて形成すれば、平面アレーアンテナの量産化をより簡単に実現できるのである。
【００２１】
また、各アンテナ素子に給電を行う給電線路としては、請求項３に記載のように、マトリクス状に配置されたアンテナ素子の各列毎に直列給電を行う直列給電線路と、このアンテナ素子の各列に対して、直列給電線路を介して並列給電を行う並列給電線路と、により構成することもできるし、請求項４に記載のように、全てのアンテナ素子に対して並列給電を行う並列給電線路にて構成することもできる。
【００２２】
そして、給電線路を、請求項３に記載のように直列給電線路と並列給電線路とから構成した場合には、並列給電線路において左右の列に至る給電線路上にスイッチ手段を設ければよく、左右のアンテナ素子毎にスイッチ手段を設ける必要はないため、少ないスイッチ手段で本発明の平面アレーアンテナを実現することができ、その構成を簡素化して、より安価に実現することが可能になる。
【００２３】
一方、給電線路を、請求項４に記載のように並列給電線路のみにて構成した場合には、左右の１列又は複数列を構成するアンテナ素子に各々並列給電を行う並列給電線路上にスイッチ手段を設ける必要があり、左右の一列又は複数列に一個の割りでスイッチ手段を設けることができる請求項３に記載のものに比べて、スイッチ手段の数が増加するが、給電端子から並列給電線路を介して各アンテナ素子に至る距離を全て同じにすることができるので、発振周波数が温度等により変化しても、各アンテナ素子の位相を揃えることができ、性能変動の少ない平面アレーアンテナを実現できる。
【００２４】
次に、請求項５に記載の発明は、マトリクス状に配置されたアンテナ素子と各アンテナ素子に給電を行う給電線路とを備え、そのマトリクスの左右両端の１列又は複数列を構成するアンテナ素子に対する給電線路に、夫々、給電線路を開・閉するスイッチ手段を設けて、このスイッチ手段の開閉状態を左右の給電線路毎に交互に切り換えることにより、アンテナ素子の１列又は複数列分だけ位置ずれした２系統のアレーアンテナを時分割にて形成可能に構成してなる平面アレーアンテナであって、給電線路を、スイッチ手段にて開閉される給電線路を含み、マトリクスの左右の列を構成するアンテナ素子群に対する第１の給電線路と、マトリクスの中央の列を構成するアンテナ素子群に対する第２の給電線路との２系統に分離することにより、第１の給電線路の給電端子からスイッチ手段が設けられた左右のアンテナ素子群に対して給電を行い、第２の給電線路の給電端子からスイッチ手段が設けられない中央のアンテナ素子群に対して給電を行うことができるようにしたことを特徴とする。
【００２５】
これは、上述した平面アレーアンテナを位相モノパルスレーダ装置のアンテナとして使用する際に、これを送受信兼用のアンテナ装置として利用できるようにするためである。
つまり、上記のように給電線路を第１の給電線路と第２の給電線路とに分離した場合、スイッチ手段が設けられない中央のアンテナ素子群に対する第２の給電線路の給電端子に送信信号を入力すれば、この中央のアンテナ素子群を送信アンテナとして動作させ、このアンテナ素子群から送信電波を放射させることができる。
【００２６】
また、この中央のアンテナ素子群は、受信アンテナとしても使用することができることから、第１の給電線路に設けられたスイッチ手段の開閉状態を左右の給電線路毎に交互に巡回的に切り換え、この第１の給電線路の給電端子から得られる受信信号と、第２の給電線路の給電端子から得られる受信信号とを合成すれば、その合成した受信信号は、平面アレーアンテナを位相モノパルスレーダ装置の受信アンテナとして使用した場合に得られる受信信号と同様になる。
【００２７】
従って、その合成した受信信号を、請求項１〜請求項４に記載の位相モノパルスレーダ装置のように、スイッチング手段の開閉状態の切換タイミングに同期して２系統に分配すれば、その分配した受信信号の位相差から、物標の方向を検出することができるようになるのである。
【００２８】
このため、請求項５に記載の平面アレーアンテナによれば、送信アンテナを別途設けることなく、１つの平面アレーアンテナにて、位相モノパルスレーダ装置の送・受信アンテナを実現できることから、位相モノパルスレーダ装置におけるアンテナ系を、より小型・軽量化し、しかも、より安価に実現することが可能になる。
なお、この請求項５に記載の平面アレーアンテナにおいては、請求項６に記載のように、アンテナ素子を平面パッチにて形成するようにすれば、平面アレーアンテナをより簡単に量産化することができ、請求項２と同様の効果を得ることができる。また、請求項５に記載の平面アレーアンテナにおいては、請求項７に記載のように、第１及び第２の給電線路を、それぞれ、アンテナ素子の各列毎に直列給電を行う直列給電線路と、アンテナ素子の各列に対して直列給電線路を介して並列給電を行う並列給電線路と、から構成すれば、上述した請求項３と同様の効果を得ることができ、請求項８に記載のように、第１及び第２の給電線路を、それぞれ、全てのアンテナ素子に対して並列給電を行う並列給電線路から構成すれば、請求項４と同様の効果を得ることができる。
【００２９】
次に、請求項９に記載の位相モノパルスレーダ装置では、請求項５に記載の平面アレーアンテナを、送受信兼用アンテナとして使用する。
即ち、この位相モノパルスレーダ装置では、まず、上記平面アレーアンテナの第２の給電線路の給電端子にサーキュレータが接続されており、信号発生手段が、このサーキュレータを介して、第２の給電線路の給電端子に送信信号を入力することにより、第２の給電線路から給電を受ける中央のアンテナ素子群から送信電波を送信させる。
【００３０】
一方、左右のアンテナ素子群に対して給電を行う第２の給電線路には、夫々、スイッチ手段が設けられているが、このスイッチ手段の開閉状態は、アンテナ切換手段によって、左右の給電線路毎に交互に巡回的に切り換えられる。
このため、送信電波が外部の物標に当たって反射してきた反射電波が平面アレーアンテナに入射すると、第２の給電線路の給電端子からは、中央のアンテナ素子群全体で受信した受信信号が出力され、第１の給電線路からは、左右のアンテナ素子群の内、左側の一列又は複数列のアンテナ素子を除くアンテナ素子にて受信された受信信号と、右側の一列又は複数列のアンテナ素子を除くアンテナ素子にて受信された受信信号とが、時分割で交互に出力されることになる。
【００３１】
そこで、当該位相モノパルスレーダ装置では、受信信号合成手段にて、第２の給電線路の給電端子からの受信信号をサーキュレータを介して取り込み、この受信信号と第１の給電線路の給電端子からの受信信号とを合成することにより、請求項１〜請求項４に記載の位相モノパルスレーダ装置において得られる受信信号と同様、平面アレーアンテナを構成する全アンテナ素子の内、左側の一列又は複数列を除くアンテナ素子にて形成されるアレーアンテナにより受信された受信信号と、右側の一列又は複数列を除くアンテナ素子にて形成されるアレーアンテナにより受信された受信信号とが、時分割で現れる受信信号を生成する。
【００３２】
そして、この合成後の受信信号を、受信信号分配手段にて、アンテナ切換手段の切換動作に同期して２系統に分配することにより、受信信号を、上記２系統のアレーアンテナからの受信信号に分配し、物標検出手段にて、この２系統の受信信号の位相差に基づき、物標の方向を検出する。
【００３３】
従って、請求項９に記載の位相モノパルスレーダ装置によれば、請求項１〜請求項４に記載の位相モノパルスレーダ装置のように、送信アンテナを別途設けることなく物標の方向を検出することができるようになり、装置の小型・軽量化を図り、移動体等への搭載性をより向上することができると共に、位相モノパルスレーダ装置自体をより安価に実現できる。
【００３４】
また次に、位相モノパルスレーダ装置は、一対の受信信号の位相差から、物標の方位を検出するものであるが、移動体等に搭載して障害物検出レーダとして利用するには、物標と移動体との間の距離や、物標と移動体との相対速度を検出できることが好ましい。そこで、請求項１〜請求項４の何れか又は請求項９に記載の位相モノパルスレーダ装置を、実際に、移動体用の障害物検出レーダとして使用する場合には、請求項１０に記載のように、信号発生手段から、送信信号として所定の連続波を発生させ、物標の検出を行う物標検出手段側では、平面アレーアンテナにて受信した一対の受信信号をホモダイン検波して、その検波信号から、物標の方向だけでなく、距離及び速度をも検出するようにすればよい。
【００３５】
つまり、従来より、連続波（ＣＷ）を用いて物標の距離及び相対速度を検出するＣＷレーダとして、三角波にて周波数変調した信号（ＦＭ−ＣＷ）を送信し、受信信号をこの送信信号にて周波数変換（ホモダイン検波）して、その周波数変換した信号（検波信号）から物標との間の距離及び相対速度を求めるＦＭ−ＣＷレーダや、周波数の異なる２信号を送信し、その受信信号を各信号毎にホモダイン検波することにより、ドップラ効果により生じた信号の周波数変化（ドップラ周波数成分）を検出し、その検出結果から物標との間の距離及び相対速度を求める２周波ＣＷレーダ等が知られているが、請求項１〜請求項４の何れか又は請求項９に記載の位相モノパルスレーダ装置において、こうしたＣＷレーダ方式を利用して距離及び相対速度を検出するようにすれば、障害物検出をより良好に行うことができるようになり、この位相モノパルスレーダ装置を、自動車等の移動体に搭載すれば、移動体の走行安全性をより向上することが可能になる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明が適用された実施例の障害物検出レーダについて説明する。
（第１実施例）
まず図２は第１実施例の障害物検出レーダの構成を表わすブロック図である。
【００３７】
本実施例の障害物検出レーダは、自動車等の移動体に搭載され、その前方又は後方に存在する障害物（物標）を検出して、移動体がその障害物に衝突する虞があるときに警報を発して、その旨を運転者等に報知するためのものであり、受信アンテナ１０として、水平方向に所定間隔だけ位置ずれした２系統のアレーアンテナを時分割で形成可能な平面アレーアンテナを備えている。
【００３８】
また、本実施例の障害物検出レーダは、受信アンテナ１０を２系統のアレーアンテナのいずれかに巡回的に高速に切り換えると共に、送信アンテナ６から送信した送信電波が外部の障害物に当たって反射してきた反射電波を受信アンテナ１０にて受信し、その受信信号を上記高速に切り換えられる２系統のアレーアンテナに対応した２種類の受信信号に分配し、その分配した受信信号の位相差から障害物の方向を検出する位相モノパルスレーダ装置として構成されている。
【００３９】
また更に、本実施例の障害物レーダは、単にこうした位相モノパルスレーダとしての機能だけでなく、受信信号から障害物までの距離及び障害物との相対速度を検出する、ＦＭ−ＣＷレーダとしての機能も有する。
即ち、図２に示す如く、本実施例の障害物検出レーダは、受信アンテナ１０からの受信信号に基づき障害物の方位，距離及び相対速度を求める電子制御装置（以下、ＥＣＵという）２０と、ＥＣＵ２０から出力される制御電圧（三角波）を受け、その制御電圧に応じて発振周波数が漸次増・減する電圧制御発振器２と、電圧制御発振器２からの出力信号を送信信号として送信アンテナ６の給電端子に入力し、送信アンテナ６から周波数が三角波状に漸次増・減する送信電波を放射させると共に、その送信信号を所定の比率で分配する方向性結合器４と、受信アンテナ１０からの出力（つまり受信信号）を夫々ＲＦ端子に、方向性結合器４にて分配された送信信号をＬＯ端子に、夫々受け、各信号を混合することで、受信信号を両者の差の周波数を有する中間周波信号（以下、ＩＦ信号という）に周波数変換（ホモダイン検波）するミキサ回路１２と、ＩＦ信号を増幅・積分する一対のＩＦ回路１６ａ，１６ｂと、ＥＣＵ２０から出力される切換信号ＳCOが正電圧であるとき、ミキサ回路１２からのＩＦ信号をＩＦ回路１６ａに入力し、切換信号ＳCOが負電圧であるとき、ミキサ回路１２からのＩＦ信号をＩＦ回路１６ｂに入力するアナログスイッチ１４と、ＥＣＵ２０からの警報出力情報を受けて運転者等に危険を報知する警報装置１８と、を備えている。
【００４０】
そして、ＥＣＵ２０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータを中心に構成され、予め設定されたプログラムに従い、後述の手順で、ＦＭ−ＣＷレーダ及び位相モノパルスレーダとしての機能を実現する。
なお、ＥＣＵ２０から出力される切換信号ＳCOは、受信アンテナ１０を上記位置ずれした２系統のアレーアンテナのいずれかに切り換えるためのものであり、所定周期で正電圧／負電圧に交互に反転される。また、この切換信号ＳCOは、上記アナログスイッチ１４の他、受信アンテナ１０の切換端子Ａに、そのまま入力されると共に、受信アンテナ１０の切換端子Ｂに、インバータ２０ａにより正・負が反転されて入力される。
【００４１】
次に、本発明にかかわる主要部である受信アンテナ１０の構成について説明する。なお、図１において、（ａ）は、受信アンテナ１０を電波を放射する表面側より見た状態を表わし、（ｂ）は、図に点線で示す一つのアンテナ素子部２７を以下に説明する列方向に切断したときの断面状態を表わす。また図１（ａ）では、給電線路部分の構成を解りやすくするために、その下方を一部破断して表わしている。
【００４２】
図１に示す如く、受信アンテナ１０は、電波を放射する表面側に配置される第１の誘電体基板２２とその裏面側に配置される第２の誘電体基板３０とを備え、第１の誘電体基板２２の表面側には、アンテナ素子２４がマトリクス状に配置されている。アンテナ素子２４は、受信アンテナ１０を表面側から見たときの垂直方向の並びを列、水平方向の並びを行とすると、８行８列のマトリクス状に配置されており、各アンテナ素子２４は、夫々、円形の平面パッチにて形成されている。また、各アンテナ素子２４は、行・列方向に略等間隔で配置され、その間隔は受信信号の周波数に応じて最適な受信特性が得られる所定間隔にされている。
【００４３】
一方、各アンテナ素子２４が配置された第１の誘電体基板２２の裏面側には、アンテナ素子２４を各列毎に電磁結合方式で直列給電する直列給電線路２６ａと、アンテナ素子２４の各列に対して同位相で並列給電する並列給電線路２６ｂとが設けられている。また、給電端子から並列給電線路２６ｂを介して左右両端の直列給電線路２６ａに至る給電線路上には、夫々、この給電線路を開・閉する、スイッチ手段としての高周波スイッチ２８ａ，２８ｂが設けられている。そして、第２の誘電体基板３０は、上記各給電線路２６ａ，２６ｂ及び高周波スイッチ２８ａ，２８ｂを挟んで、第１の誘電体基板２２の裏面側に積層され、更に、この第２の誘電体基板３０の裏面側には、その面全体に接地導体３２が積層されている。
【００４４】
次に、高周波スイッチ２８ａ（又は２８ｂ）は、図３に示す如く、給電端子から並列給電線路２６ｂを介して上記マトリクスの左端（又は右端）の直列給電線路２６ａに至る給電線路上に直列に設けられた、コンデンサＣ１，直列ダイオードＤ１及びコンデンサＣ２からなる直列回路と、直列ダイオードＤ１のアノードと切換端子Ａ（又はＢ）とを接続する、抵抗器Ｒ１及びチョークコイルＬ１からなる直列回路と、同じく直列ダイオードＤ１のアノードと接地導体３２とを接続する、並列ダイオードＤ２及び抵抗器Ｒ２からなる直列回路と、直列ダイオードＤ１のカソードを接地するチョークコイルＬ２とから構成されている。
【００４５】
なお、コンデンサＣ１，Ｃ２は、直流カット用のコンデンサであり、受信信号等の高周波信号のみを通過させる。また、抵抗器Ｒ２は、受信アンテナ１０の回路インピーダンス（例えば５０Ω）に対応した抵抗値を有する終端抵抗であり、並列ダイオードＤ２は、アノードがこの抵抗器Ｒ２を介して接地導体３２に接続され、カソードが直列ダイオードＤ１のアノード側に接続されている。また、直列ダイオードＤ１及び並列ダイオードＤ２は、非通電時には高抵抗を有し、順方向に電流が流れることにより低抵抗となる、抵抗可変型のダイオードであり、ＰＩＮダイオード等から構成される。
【００４６】
このように構成された高周波スイッチ２８ａ，２８ｂでは、切換端子Ａ，Ｂに正電圧が印加されると、抵抗器Ｒ１，チョークコイルＬ１，直列ダイオードＤ１，チョークコイルＬ２の経路で電流が流れ、直列ダイオードＤ１が低抵抗状態となり、逆に並列ダイオードＤ２には電流が流れないため、並列ダイオードＤ２は高抵抗状態となる。この結果、切換端子Ａ，Ｂに正電圧が入力されているとき、高周波スイッチ２８ａ，２８ｂは、並列給電線路２６ｂから左・右両端の直列給電線路２６ａに至る給電線路を高周波的に導通させることになる（以下、この状態をＯＮ状態という）。
【００４７】
一方、高周波スイッチ２８ａ，２８ｂにおいて、切換端子Ａ，Ｂに負電圧が印加されると、抵抗器Ｒ１，チョークコイルＬ１，並列ダイオードＤ２，抵抗器Ｒ２の経路で電流が流れ、並列ダイオードＤ２が低抵抗状態となり、逆に直列ダイオードＤ１には電流が流れないため、直列ダイオードＤ１は高抵抗状態となる。この結果、切換端子Ａ，Ｂに負電圧が入力されているとき、高周波スイッチ２８ａ，２８ｂは、並列給電線路２６ｂから左・右両端の直列給電線路２６ａに至る給電線路を抵抗器Ｒ２により終端することになる（以下、この状態をＯＦＦ状態という）。
【００４８】
そして、既述したように、切換端子Ａには切換信号ＳCOがそのまま入力され、切換端子Ｂには切換信号ＳCOが反転して入力されることから、高周波スイッチ２８ａ，２８ｂは、一方がＯＮ状態であれば、他方がＯＦＦ状態となり、そのＯＮ・ＯＦＦ状態が、切換信号ＳCOに応じて、交互に切り換えられることになる。
【００４９】
つまり、本実施例の受信アンテナ１０では、ＥＣＵ２０から正電圧の切換信号ＳCOが出力されているときには、高周波スイッチ２８ａがＯＮ状態，高周波スイッチ２８ｂがＯＦＦ状態となって、右側一列分のアンテナ素子２４を除く、左側８行７列分のアンテナ素子２４からなるアレーアンテナが形成され、ＥＣＵ２０から負電圧の切換信号ＳCOが出力されているときには、高周波スイッチ２８ａがＯＦＦ状態，高周波スイッチ２８ｂがＯＮ状態となって、左側一列分のアンテナ素子２４を除く、右側８行７列分のアンテナ素子２４からなるアレーアンテナが形成される。
【００５０】
従って、本実施例の受信アンテナ１０においては、切換信号ＳCOを正・負に巡回的に反転させれば、その反転周期に応じて、アンテナ素子２４の一列分だけ左右に位置ずれした２系統のアレーアンテナが交互に形成されることになる。
次に、本実施例の障害物検出レーダが位相モノパルスレーダ及びＦＭ−ＣＷレーダとして機能するために、ＥＣＵ２０において実行される制御動作について説明する。
【００５１】
まず、ＥＣＵ２０は、所定の電圧発生回路を用いて、三角波状に変化する制御電圧を電圧制御発振器２に出力することにより、電圧制御発振器２から、周波数が三角波状に漸次増・減するＦＭ変調信号を出力させる。すると、このＦＭ変調信号（送信信号）に対応した送信電波が、送信アンテナ６から送信され、外部に障害物があるときには、送信電波が障害物に当たって反射され、その反射電波が受信アンテナ１０に入射する。
【００５２】
また、ＥＣＵ２０は、図４に示す如く、図示しない切換信号発生回路を用いて、少なくとも送信信号の周波数の２倍以上の周波数（本実施例では約１５倍の周波数）で正・負に反転する切換信号ＳCOを出力する。この結果、受信アンテナ１０は、この切換信号ＳCOの反転周期に同期して、上記２系統のアレーアンテナのいずれかに交互に切り換えられることになり、受信アンテナ１０からは、障害物からの反射電波を、２つの受信アンテナにて交互に受信したものと等価な受信信号が時分割で出力されることになる。
【００５３】
そして、この受信信号は、ミキサ回路１２にてＩＦ信号に変換された後、アナログスイッチ１４に入力されるが、アナログスイッチ１４は、切換信号ＳCOにより、受信アンテナ１０の切り換えと同期して切り換えられることから、図４に示すように、アナログスイッチ１４に入力されたＩＦ信号（ミキサ出力）の内、高周波スイッチ２８ａのＯＮ時に形成される左側のアレーアンテナにて受信された受信信号に対応したＩＦ信号は、ＩＦ回路１６ａに入力され、高周波スイッチ２８ｂのＯＦＦ時に形成される右側のアレーアンテナにて受信された受信信号に対応したＩＦ信号は、ＩＦ回路１６ｂに入力されることになる。
【００５４】
またこのように、各ＩＦ回路１６ａ，１６ｂには、受信アンテナ１０において時分割にて形成される２系統のアレーアンテナに対応したＩＦ信号が時分割にて入力されることから、その入力波形は、図４に示すように、反射電波を２つの受信アンテナを用いて受信した場合に得られるＩＦ信号をアナログスイッチ１４の切換周期に同期して断続したような波形になるが、ＩＦ回路１６ａ，１６ｂは、入力されたＩＦ信号を増幅する増幅手段としての機能だけでなく、増幅後のＩＦ信号を積分する積分手段としての機能も有することから、各ＩＦ回路１６ａ，１６ｂからは、入力されたＩＦ信号の包絡線に対応した信号，換言すれば反射電波を２つの受信アンテナを用いて受信した場合に得られるＩＦ信号と略同様の信号，が出力され、これがＥＣＵ２０に入力される。
【００５５】
ＥＣＵ２０は、ＩＦ回路１６ａ，１６ｂから入力されたＩＦ信号の内のどちらか一方を高速フェーリエ変換手法等によって周波数分析し、送信電波を反射した障害物までの距離と障害物との相対速度を計測する、周知のＦＭ−ＣＷレーダとしての計測動作を実行すると共に、各ＩＦ信号から受信アンテナ１０にて受信された一対の受信信号の位相を比較することにより、外部の障害物の方向（角度）を計測する周知の位相モノパルスレーダとしての計測動作を実行する。
【００５６】
そして、ＥＣＵ２０は、この計測結果、つまり障害物までの距離と障害物との相対速度と障害物の方向とから、移動体が障害物に衝突する虞があるかどうかを判断し、衝突の虞がある場合に、警報装置１８を動作させて、その旨を運転者等に報知する。
【００５７】
なお、警報装置１８は、ＥＣＵ２０からの警報出力情報を受けて、運転者等に危険を報知するものであるが、この警報装置１８には、所定の警告音を発生するブザー等を使用してもよいが、例えば、上記検出結果に応じて障害物の方向等を表わす音声メッセージを発する音声合成装置等を利用すれば、より安全性を高めることができる。
【００５８】
以上説明したように、本実施例の移動体用の障害物検出レーダでは、位相モノパルスレーダとしての機能を実現するために、受信アンテナ１０として、高周波スイッチ２８ａ，２８ｂのＯＮ・ＯＦＦ状態を交互に切り換えることにより、アンテナ素子２４の１列分だけ水平方向に位置ずれした２系統のアレーアンテナを時分割で形成可能な平面アレーアンテナを備え、この平面アレーアンテナを用いて、２つの受信アンテナにより障害物からの反射電波を受信した場合と等価な受信な受信信号を得るようにしている。
【００５９】
従って、本実施例によれば、移動体に位相モノパルスレーダ方式の障害物検出レーダを搭載するに当たって、パラボラアンテナや導波管ホーン等からなる一対の受信アンテナを使用する必要はなく、移動体には、上記平面アレーアンテナからなる受信アンテナ１０を一つ搭載するだけでよいため、装置を小型化して、移動体への搭載性を向上できる。また、受信アンテナ１０は平面アレーアンテナであるため、反射鏡や導波管を必要とせず、量産化・軽量化を容易に図ることができることから、安価に実現できると共に、移動体の任意の位置に取り付けることができ、汎用性の高いレーダ装置を実現できる。また更に、本実施例の受信アンテナ１０によれば、高周波スイッチ２８ａ，２８ｂのＯＮ・ＯＦＦ状態を切り換えることにより、位相モノパルスレーダ装置用の一対のアレーアンテナを構成でき、その一対のアレーアンテナの間隔は、アンテナ素子２４の一列分であり、アンテナ口径よりも小さくすることができるので、アンテナ利得，延いては物標の最大探知距離を低下させることなく、物標方向を一義的に検出することが可能になる。
【００６０】
また、本実施例の障害物検出レーダは、単なる位相モノパルスレーダ装置としての機能だけでなく、ＦＭ−ＣＷレーダとしての機能も有するため、障害物の方位だけでなく、障害物との距離及び相対速度をも検出できる。この結果、障害物への衝突の可能性をより高精度に判定することができ、自動車等の走行安全性をより高めることができる。
なお、本実施例においては、電圧制御発振器２と図示しない電圧発生回路を用いてその発振周波数を増・減させるＥＣＵ２０の動作が、本発明の信号発生手段に、図示しない切換信号発生回路を用いて切換信号ＳCOを発生するＥＣＵ２０の動作が、本発明のアンテナ切換手段に、切換信号ＳCOに応じてＩＦ信号を２系統に分配するアナログスイッチ１４が、本発明の受信信号分配手段に、受信信号を送信信号にて周波数変換（ホモダイン検波）するミキサ回路１２と２系統のＩＦ信号から障害物の方向，距離，及び相対速度を算出するＥＣＵ２０の動作が、本発明の物標検出手段に、夫々相当する。
（第２実施例）
次に、本発明の第２実施例として、上記第１実施例の障害物検出レーダにおいて使用可能な受信アンテナの他の構成例について、図５を用いて説明する。なお、図５において、（ａ）は、本実施例の受信アンテナ４０を電波を放射する表面側より見た状態を表わし、（ｂ）は、図５（ａ）に点線で示す高周波スイッチ４８ａを含むアンテナ素子部４９を、高周波スイッチ４８ａ，アンテナ素子４４及びその周囲の各部の配置関係が判るように切断した断面状態を表わす。
【００６１】
図５に示す如く、本実施例の受信アンテナ４０は、上記第１実施例の受信アンテナと同様、電波を放射する表面側に、８行８列のマトリクス状に円形の平面パッチからなるアンテナ素子４４が配置された第１の誘電体基板４２を備えている。そして、この第１の誘電体基板４２の裏面側には、第２の誘電体基板５０が積層され、この第２の誘電体基板５０の裏面側に、給電端子から全てのアンテナ素子４４までの線路長が等しくなるように設定された並列給電線路４６が設けられている。
【００６２】
また、この並列給電線路４６の内、マトリクスの左右両端の一列を構成するアンテナ素子４４に対する給電線路４６上には、第１実施例の高周波スイッチ２８ａ，２８ｂと同様に構成された高周波スイッチ４８ａ，４８ｂが設けられている。このうち、高周波スイッチ４８ａは、マトリクスを形成する左一列（合計８個）のアンテナ素子４４に対する給電線路を、切換端子Ａに入力された切換信号ＳCOに応じて開閉するためのものであり、高周波スイッチ４８ｂは、マトリクスを形成する右一列（合計８個）のアンテナ素子４４に対する給電線路を、切換端子Ｂに反転入力された切換信号ＳCOに応じて開閉するためのものである。
【００６３】
そして、本実施例の並列給電線路４６は、マトリクスを構成する各列のアンテナ素子４４に対しては、２行分ずつ電力を分配するように形成されていることから、これら２種の高周波スイッチ４８ａ，４８ｂは、夫々、対応する各列における２行分のアンテナ素子に対する給電線路上に設けられている。つまり、高周波スイッチ４８ａ、４８ｂは、左右両端の各列毎に、夫々、４個（合計８個）設けられており、その４個の高周波スイッチ４８ａ，４８ｂには、対応する切換端子Ａ，Ｂからの入力電圧が信号線を介して同時に入力される。
【００６４】
また、各アンテナ素子４４には、全て同一位置に給電点４５が設定されており、各アンテナ素子４４の給電点４５と、並列給電線路４６のアンテナ素子側端部とは、夫々、第１の誘電体基板４２及び第２の誘電体基板５０を貫通するヴィアホール４５ｈにて接続されている。そして、第１の誘電体基板４２と第２の誘電体基板５０との間には、第１の誘電体基板４２の表面側のアンテナ素子４４及び第２の誘電体基板５０の裏面側の並列給電線路４６との間でマイクロストリップ線路を構成する、接地導体５２が設けられている。なお、ヴィアホール４５ｈが貫通する部分では、接地導体５２は除去されており、各アンテナ素子４４の給電線路となるヴィアホール４５ｈと接地導体５２とが導通しないようにされている。
【００６５】
このように構成された本実施例の受信アンテナ４０においては、高周波スイッチ４８ａ及び４８ｂを交互にＯＮ・ＯＦＦすることにより、第１実施例の受信アンテナ１０と同様、アンテナ素子４４の一列分だけ位置ずれした２系統のアレーアンテナを時分割にて形成できる。従って、図２に示した障害物検出レーダにおいて、受信アンテナ１０の代りに使用すれば、第１実施例と同様に、物標の方向，距離，及び相対速度を検出して、障害物に衝突する危険がある場合には、その旨を運転者に報知することができるようになる。
【００６６】
そして、特に、本実施例の受信アンテナ４０では、各アンテナ素子４４に対する給電線路が、給電端子から全てのアンテナ素子４４に至る線路長が等しくなるように設定された並列給電線路４６にて構成されているため、全てのアンテナ素子４４に対して、等電力，同位相で給電することができる。従って、第１実施例の受信アンテナ１０に比べて、スイッチ手段としての高周波スイッチ４８ａ，４８ｂの数は増えるものの、送信電波の周波数が温度等により変化しても、全てのアンテナ素子４４の位相を揃えることができ、放射ビームの方向が温度等によって変化することなく、常に安定した受信特性を得ることができる。このため、この受信アンテナ４０を用いて障害物検出レーダを構成すれば、第１実施例の受信アンテナ１０を用いた場合に比べて、障害物の検出精度をより高めることができる。
（第３実施例）
次に、本発明の第３実施例として、図２に示したレーダ装置のように送信アンテナと受信アンテナと個々に備えるのではなく、一つの送受信アンテナ６０を用いてレーダ装置を構成した障害物検出レーダについて説明する。
【００６７】
まず、本実施例において使用される送受信アンテナ６０の構成を図６を用いて説明する。なお、図６において、（ａ）は、送受信アンテナ６０を電波を放射する表面側より見た状態を表わし、（ｂ）は、図に点線で示す並列給電線路２６ｙ，２６ｘの交差部２９を水平方向に切断したときの断面状態を表わす。また図６（ａ）では、図１（ａ）と同様、給電線路部分の構成を解りやすくするために、その下方を一部破断して表わしている。
【００６８】
また、図６から明らかな如く、本実施例の送受信アンテナ６０は、基本的には、第１実施例（図１）の受信アンテナ１０と同じであり、マトリクス状に配置されたアンテナ素子２４の各列に並列給電を行う並列給電線路２６ｘ，２６ｙの構成が異なるだけである。そこで、図１に示した受信アンテナ１０と同様の部分については、同じ符号を付して説明を省略し、受信アンテナ１０と異なる部分（つまり並列給電線路２６ｘ，２６ｙの構成）についてのみ説明する。
【００６９】
図６に示すように、本実施例の送受信アンテナ６０においては、アンテナ素子２４の各列に並列給電を行う並列給電線路が、左右両端の２列（合計４列）に対して並列給電を行う並列給電線路２６ｙ（本発明の第１の給電線路に相当）と、左右両端の２列を除く中央の４列に対して並列給電を行う並列給電線路２６ｘ（本発明の第２の給電線路に相当）とから構成されている。
【００７０】
そして、このうち、中央の４列に給電を行う並列給電線路２６ｘは、給電端子Ｘから各列に至る線路長を揃えることにより、給電端子Ｘの電力を中央の４列に対して全て同位相で分配できるようにされている。なお、各列内のアンテナ素子２４には、直列給電線路２６ａにより、電磁結合方式で直列給電される。
【００７１】
一方、左右両端の２列（合計４列）に給電を行う並列給電線路２６ｙは、並列給電線路２６ｘと同方向（つまり下側）から、対応する列に並列給電を行うようにされており、その中央には並列給電線路２６ｘとその給電端子Ｘが設置されていることから、並列給電線路２６ｙの給電端子Ｙは、全列の中央から左にずれた位置に設置されている。そして、並列給電線路２６ｙは、左右両端の２列に対して各々電力分配するために、並列給電線路２６ｘを挟んで形成された左右２列分の給電線路と、給電端子Ｙからこれら左右の並列給電線路に電力分配するための分岐線路とから構成されている。
【００７２】
また、給電線路の設置面である第１の誘電体基板２２の裏面側では、給電端子Ｙと右側２列に対する給電線路との間が、中央の並列給電線路２６ｘにて遮断されることから、並列給電線路２６ｙにおいて、給電端子Ｙから右側２列の給電線路に至る分岐線路は、並列給電線路２６ｘと交際する部分で、ヴィアホール２６ｈを介して第１の誘電体基板２２の表面側に迂回するように形成されている。
【００７３】
また、並列給電線路２６ｙにおいて、給電端子Ｙは全列の中央からずれているため、給電端子Ｙから分岐して左右の２列の給電線路に至る各分岐線路の線路長ＬY1，ＬY2は、互いに異なり、右側の分岐線路の方が長くなる（ＬY1＜ＬY2）。そこで、左右両端の２列に対する位相が一致するように、これら各分岐線路は、線路長の差「ＬY2−ＬY1」による電気角が、送受信する電波の波長の整数倍になるように設定されている。
【００７４】
このように構成された送受信アンテナ６０では、８行８列のマトリクスを構成する全アンテナ素子２４のうち、中央４列を構成するアンテナ素子２４に対しては、並列給電線路２６ｘとその列の直列給電線路２６ａを介して給電でき、左右両端の２列（合計４列）を構成するアンテナ素子２４に対しては、並列給電線路２６ｙとその列の直列給電線路２６ａを介して給電できる。また、左右両端の１列分のアンテナ素子２４に対する給電線路は、切換端子Ａ，Ｂへの入力電圧を正・負に切り換えることにより、高周波スイッチ２８ａ，２８ｂを介して開閉できる。
【００７５】
そこで、本実施例の障害物検出レーダでは、中央４列を構成するアンテナ素子２４を送受信兼用のアンテナ素子群として利用し、左右両端の２列を構成するアンテナ素子２４を受信専用のアンテナ素子群として利用し、障害物検出を行う。即ち、本実施例の障害物検出レーダは、図７に示すように、送受信アンテナ６０の給電端子Ｘにサーキュレータ６２を接続し、このサーキュレータ６２を介して、給電端子Ｘに送信信号を入力すると共に給電端子Ｘから受信信号を取り出し、更に、このサーキュレータ６２を介して取り出した給電端子Ｘからの受信信号と給電端子Ｙからの受信信号とを電力合成器６４にて電力合成することにより、送受信アンテナ６０の全アンテナ素子２４にて受信した受信信号を得るようにされている。なお、電力合成器６４は、給電端子Ｘからの受信信号と給電端子Ｙからの受信信号が同位相で合成されるように配置されている。
【００７６】
また、送受信アンテナ６０の左右の高周波スイッチ２８ａ，２８ｂについては、図２に示した第１実施例の障害物検出レーダと同様、ＥＣＵ２０からの切換信号ＳCOによってＯＮ・ＯＦＦ状態を交互に切り換えることにより、電力合成器６４を介して得られる受信信号を、アンテナ素子２４の１列分だけ水平方向に位置ずれした２つの受信アンテナからの受信信号を交互に出力したものと等価な受信信号とし、更に、この電力合成後の受信信号を、ミキサ回路１２に入力してＩＦ信号に変換し、これを、切換信号ＳCOにより切り換えられるアナログスイッチ１４に入力することにより、各受信アンテナに対応した２系統のＩＦ信号に分離させる。そして、その分離した各ＩＦ信号をＩＦ回路１６ａ，１６ｂを用いて増幅・積分して、ＥＣＵ２０に入力することにより、ＥＣＵ２０にて、これら各ＩＦ信号から障害物の方向，距離，相対速度を検出し、衝突の危険があるときには警報装置１８を介してその旨を運転者等に報知する。
【００７７】
なお、本実施例の障害物検出レーダにおいて、図２に示した第１実施例の障害物検出レーダと異なる点は、送受信アンテナ６０，サーキュレータ６２，及び電力合成器６４の３点のみであり、それ以外の構成については、第１実施例のものと全く同様であることから、図７において、この同じ構成部分については図２と同じ符号を付し、これ以上の説明は省略する。
【００７８】
以上説明したように、第３実施例の障害物検出レーダでは、第１実施例の受信アンテナ１０における並列給電線路２６ｂを、２系統の並列給電線路２６ｘ，２６ｙに分離することにより、送受信兼用のアンテナ（送受信アンテナ）６０を構成し、この送受信アンテナ６０を用いて、障害物の方向，距離，相対速度を検出するようにしている。
【００７９】
このため本実施例によれば、第１実施例の障害物検出レーダのように、障害物検出用の電波を送受信するために、送信アンテナ６と受信アンテナ１０とを設ける必要がなく、その送受信のためのアンテナとして、平面アレーアンテナを１個設けるだけでよいため、障害物検出レーダを、より小型・軽量化することができる。
（第４実施例）
次に、本発明の第４実施例として、上記第３実施例の障害物検出レーダにおいて使用可能な送受信アンテナの他の構成例について、図８を用いて説明する。なお、図８は、本実施例の送受信アンテナ７０を電波を放射する表面側より見た状態を表わす。
【００８０】
図８から明らかな如く、本実施例の送受信アンテナ７０は、基本的には、第２実施例（図５）の受信アンテナ４０と同様に構成されており、マトリクス状に配置された各アンテナ素子４４に対する並列給電線路の構成のみが異なる。
即ち、本実施例の送受信アンテナ７０では、８行８列のマトリクス状に配置された全アンテナ素子４４に対して同位相で並列給電を行う並列給電線路が、左右両端の２列（合計４列）に対して並列給電を行う並列給電線路４６ｙ（本発明の第１の給電線路に相当）と、左右両端の２列を除く中央の４列に対して並列給電を行う並列給電線路４６ｘ（本発明の第２の給電線路に相当）とから構成されている。
【００８１】
そして、このうち、中央の４列に給電を行う並列給電線路４６ｘは、アンテナ素子４４の全列の中央の下方に設置された給電端子Ｘから給電を受け、対応する列のアンテナ素子４４に対して、誘電体基板の中心位置から同位相で給電するように形成され、左右両端の２列（合計４列）に給電を行う並列給電線路４６ｙは、アンテナ素子４４の全列の中央の上方に設置された給電端子Ｙから給電を受け、給電線路を給電端子Ｙから左右に分岐することにより、対応する左右２列のアンテナ素子４４に対して、誘電体基板の左右両端の全行の中心位置から同位相で給電するように形成されている。
【００８２】
この結果、本実施例の送受信アンテナ７０においては、送受信アンテナ７０を構成する全アンテナ素子４４のうち、中央４列を構成するアンテナ素子４４に対しては、並列給電線路４６ｘを介して給電でき、左右両端の２列（合計４列）を構成するアンテナ素子４４に対しては、並列給電線路４６ｙを介して給電できる。また、左右両端の１列分のアンテナ素子４４に対する給電線路は、切換端子Ａ，Ｂへの入力電圧を正・負に切り換えることにより、高周波スイッチ４８ａ，４８ｂを介して開閉できる。
【００８３】
従って、本実施例の送受信アンテナ７０を、図７に示した第３実施例の障害物検出レーダにおいて、送受信アンテナ６０の代りに使用すれば、第３実施例と同様、一つの平面アレーアンテナを用いて、物標の方向，距離，及び相対速度を検出することができるようになる。そして、本実施例の送受信アンテナ７０は、上記第２実施例の受信アンテナ４０と同様、中央４列のアンテナ素子４４と左右両端の２列（合計４列）のアンテナ素子４４とに、夫々、給電端子Ｘ，Ｙから、等電力，同位相で給電することができることから、送受信時の放射ビームの方向が温度等によって変化するのを防止し、常に安定した送受信特性を得ることができる。このため、この送受信アンテナ７０を用いて障害物検出レーダを構成すれば、第３実施例のものに比べて、障害物の検出精度をより高めることができる。
【００８４】
なお、本実施例では、給電端子Ｘ，Ｙを、夫々、誘電体基板の下方と上方とに配置したが、これは、マトリクスの中央の列を構成するアンテナ素子と左右両側の列を構成するアンテナ素子とに各々給電するに当たって、その給電端子Ｘ，Ｙを、第３実施例（図６）のように、誘電体基板の同方向（第３実施例では下方）に設置すると、各アンテナ素子群に対する給電線路が重ならないように、一方の並列給電線路をヴィアホール等を用いて迂回させなければならないからである。つまり、本実施例では、給電端子Ｘ，Ｙを、夫々、誘電体基板の上下に配置することにより、並列給電線路を迂回させることなく簡単に構成できるようにしているのである。
（他の実施例）
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の態様をとることができる。
【００８５】
例えば、上記実施例では、受信アンテナ１０，４０或は送受信アンテナ６０，７０を構成する平面アレーアンテナとして、アンテナ素子を８行８列のマトリクス状に配置したものについて説明したが、アンテナ素子の行数及び列数については、使用すべきアンテナの特性（送受信電波の周波数，放射ビームの幅，アンテナゲイン等）に応じて適宜設定すればよい。また、送受信アンテナ６０，７０を構成するに当たって、マトリクス状に配置したアンテナ素子を中央の列と左右両端の列とに分離する際の列の数についても、送信特性等を考慮して、適宜設定すればよい。
【００８６】
また、上記実施例では、上記各アンテナ１０，４０，６０，７０を構成する平面アレーアンテナとして、高周波スイッチを用いて左右両端の１列分のアンテナ素子への給電線路を開閉することにより、アンテナ素子１列分だけ位置ずれしたアレーアンテナを時分割にて形成可能なものについて説明したが、高周波スイッチを用いて、左右両端の２列分のアンテナ素子への給電線路を開閉するように構成すれば、アンテナ素子２列分だけ位置ずれしたアレーアンテナを時分割にて形成できる。従って、時分割にて形成される２系統のアレーアンテナの位置ずれ量は、高周波スイッチ（つまりスイッチ手段）により給電線路を開閉するアンテナ素子列の数に応じて適宜設定でき、時分割にて形成すべき２系統のアレーアンテナの位置ずれ量を大きくする場合には、給電線路を開閉するアンテナ素子の列の数を増加すればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施例の受信アンテナの構成を表わす説明図である。
【図２】 第１実施例の障害物検出レーダの構成を表わすブロック図である。
【図３】 高周波スイッチの構成を表わす電気回路図である。
【図４】 第１実施例の障害物検出レーダにおける各部の波形を表わす説明図である。
【図５】 第２実施例の受信アンテナの構成を表わす説明図である。
【図６】 第３実施例の送受信アンテナの構成を表わす説明図である。
【図７】 第３実施例の障害物検出レーダの構成を表わすブロック図である。
【図８】 第４実施例の送受信アンテナの構成を表わす説明図である。
【図９】 位相モノパルスレーダ装置における物標の検出原理を説明する説明図である。
【図１０】 位相モノパルスレーダ装置においてアンテナ間隔の大小により生じる受信特性の変化を説明する説明図である。
【符号の説明】
２…電圧制御発振器 ４…方向性結合器 ６…送信アンテナ
１０，４０…受信アンテナ Ａ，Ｂ…切換端子 １２…ミキサ回路
１４…アナログスイッチ １６ａ，１６ｂ…ＩＦ回路 １８…警報装置
２０ａ…インバータ ２０…電子制御装置（ＥＣＵ）
２２，４２…第１の誘電体基板 ２４，４４…アンテナ素子
２６ａ…直列給電線路 ２６ｈ，４５ｈ…ヴィアホール ４５…給電点
２６ｂ，２６ｘ，２６ｙ，４６，４６ｘ，４６ｙ…並列給電線路
２８ａ，２８ｂ，４８ａ，４８ｂ…高周波スイッチ
３０，５０…第２の誘電体基板 ３２，５２…接地導体
６０，７０…送受信アンテナ Ｘ，Ｙ…給電端子
６２…サーキュレータ ６４…電力合成器

Claims (10)

1. マトリクス状に配置されたアンテナ素子と、該各アンテナ素子に給電を行う給電線路と、を備えると共に、前記マトリクスの左右両端の１列又は複数列を構成するアンテナ素子に対する給電線路に、夫々、該給電線路を開・閉するスイッチ手段を設け、該スイッチ手段の開閉状態を左右の給電線路毎に交互に切り換えることにより、前記アンテナ素子の１列又は複数列分だけ位置ずれした２系統のアレーアンテナを時分割にて形成可能に構成してなる平面アレーアンテナを、受信アンテナとして備えると共に、
   前記平面アレーアンテナのスイッチ手段の開閉状態を、前記左右の給電線路毎に交互に巡回的に切り換え、前記２系統のアレーアンテナを時分割にて形成するアンテナ切換手段と、
   送信信号を発生し、該送信信号を送信アンテナから送信させる信号発生手段と、
   前記送信アンテナから送信した送信電波が外部の物標に当たって反射してきた反射電波を前記平面アレーアンテナにて受信し、該平面アレーアンテナからの受信信号を、前記アンテナ切換手段の切換動作に同期して２系統に分配する受信信号分配手段と、
   該信号分配手段にて分配された２系統の受信信号の位相差に基づき、前記物標の方向を検出する物標検出手段と、
   を備えたことを特徴とする位相モノパルスレーダ装置。
2. 前記平面アレーアンテナの各アンテナ素子を平面パッチにて形成してなることを特徴とする請求項１に記載の位相モノパルスレーダ装置。
3. 前記平面アレーアンテナの給電線路は、前記アンテナ素子の各列毎に直列給電を行う直列給電線路と、前記アンテナ素子の各列に対して前記直列給電線路を介して並列給電を行う並列給電線路と、からなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の位相モノパルスレーダ装置。
4. 前記平面アレーアンテナの給電線路は、全てのアンテナ素子に対して並列給電を行う並列給電線路からなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の位相モノパルスレーダ装置。
5. マトリクス状に配置されたアンテナ素子と、該各アンテナ素子に給電を行う給電線路と、を備えると共に、前記マトリクスの左右両端の１列又は複数列を構成するアンテナ素子に対する給電線路に、夫々、該給電線路を開・閉するスイッチ手段を設け、該スイッチ手段の開閉状態を左右の給電線路毎に交互に切り換えることにより、前記アンテナ素子の１列又は複数列分だけ位置ずれした２系統のアレーアンテナを時分割にて形成可能に構成してなる平面アレーアンテナであって、
   前記給電線路を、
   前記スイッチ手段にて開閉される給電線路を含み、前記マトリクスの左右の列を構成するアンテナ素子群に対する第１の給電線路と、
   前記マトリクスの中央の列を構成するアンテナ素子群に対する第２の給電線路と、
   に分離し、該第１及び第２の給電線路の給電端子から、前記マトリクスの左右のアンテナ素子群及び中央のアンテナ素子群に対して各々給電可能に構成してなることを特徴とする平面アレーアンテナ。
6. 前記各アンテナ素子を平面パッチにて形成してなることを特徴とする請求項５に記載の平面アレーアンテナ。
7. 前記給電線路は、前記アンテナ素子の各列毎に直列給電を行う直列給電線路と、前記アンテナ素子の各列に対して前記直列給電線路を介して並列給電を行う並列給電線路と、か らなることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の平面アレーアンテナ。
8. 前記給電線路は、全てのアンテナ素子に対して並列給電を行う並列給電線路からなることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の平面アレーアンテナ。
9. 請求項５〜請求項８の何れかに記載の平面アレーアンテナを送受信兼用アンテナとして備えた位相モノパルスレーダ装置であって、
   前記平面アレーアンテナのスイッチ手段の開閉状態を、前記左右の給電線路毎に交互に巡回的に切り換え、前記２系統のアレーアンテナを時分割にて形成するアンテナ切換手段と、
   前記平面アレーアンテナの第２の給電線路の給電端子に接続されたサーキュレータと、
   送信信号を発生すると共に、該送信信号を前記サーキュレータを介して前記第２の給電線路の給電端子に入力して、前記中央のアンテナ素子群から送信させる信号発生手段と、
   該送信した送信電波が外部の物標に当たって反射してきた反射電波を前記平面アレーアンテナにて受信し、前記第２の給電線路の給電端子からの受信信号を前記サーキュレータを介して取り込み、該受信信号と前記第１の給電線路の給電端子からの受信信号とを合成する受信信号合成手段と、
   該受信信号合成手段にて合成された受信信号を、前記アンテナ切換手段の切換動作に同期して２系統に分配する受信信号分配手段と、
   該信号分配手段にて分配された２系統の受信信号の位相差に基づき、前記物標の方向を検出する物標検出手段と、
   を備えたことを特徴とする位相モノパルスレーダ装置。
10. 前記信号発生手段は、送信信号として所定の連続波を発生し、前記物標検出手段は、前記受信信号をホモダイン検波して、該検波信号から、前記物標の方向，距離及び速度を検出することを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか又は請求項９に記載の位相モノパルスレーダ装置。

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