JP4077911B2 - 自動車用レーダ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は主請求項の上位概念に記載の自動車用レーダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
このような自動車用レーダ装置はたとえば前方走行車両の検出のための自動車の自動速度制御の範囲内で使用される。この場合通常，電磁波のビームパス内に光を通す保護カバーすなわち原則として誘電体が存在する。この本体は，しばしば，このような自動車用レーダ装置を包囲するハウジングの構成部分である。この本体は誘電体レンズとして構成されることが好ましく，これにより同時に，使用される電磁波を集束させる。しかしながら，この本体は，このような装置の初期の開発段階におけると同様に，純粋に，希望する集束作用を有しないレドームとして形成してもよい。誘電体レンズの電磁波に対する作用は，たとえばいずれも McGraw-Hill社から出版されている「アンテナエンジニアリングハンドブック」H.Jasik または「アンテナ」J.D.Kraus に記載されている。
【０００３】
この種類の自動車用レーダ装置はたとえば欧州特許公開Ａ２第０４９８５２４号に記載されている。この場合，この明細書においては，いわゆるバイスタティックレーダ装置すなわち送信パス用および受信パス用の２つの別々のアンテナを有するレーダ装置が使用されている。送信素子はホーンアンテナであり，受信素子としては相互に並列配置された３つのパッチアンテナ素子が使用されている。送信素子および受信素子は共通のハウジング内に装着され，この場合，送信素子と受信素子との間に隔璧が存在し，これにより共通のハウジングは２つの隔離された領域に分割されている。これらの両方のハウジング領域の各々はレーダ装置のビーム方向において誘電体レンズにより閉鎖されている。
【０００４】
このようなレーダ装置においては，とくに前方走行車両の検出のためにレーダ装置が車両の正面領域内に装着されているとき，巻き上げられた泥，雪または泥雪，氷および水滴等により誘電体レンズ上ないし一般には電磁波の窓を形成する誘電体上に被膜が堆積する。この被膜は通過する電磁波に対し好ましくない減衰作用を与え，この結果レーダ装置の誤動作および故障を導くことになる。この場合，この問題点は当然，使用されるレーダが引用文献に記載のようなマイクロ波レーダが使用されるかまたはレーザレーダが使用されるかには無関係である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
自動車においてとくに自動車の汚れやすい領域において使用したときに与えられる特殊な環境および天候の条件に適合した自動車用レーダ装置を提供することが本発明の課題である。とくに，レーダ装置のビームパス内の外側誘電体カバー上の汚れおよび被膜による機能低下が検出され，場合によりそれが排除されることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題は，本発明により，レーダ装置のビームパス内の外側誘電体が導電回路からなる少なくとも１つの装置を有することにより解決される。この場合，この装置は，電磁波のビームパスへのその影響が無視されるように寸法が決定されおよび／または配置されるべきである。これは，装置がプリント回路からなり，プリント回路の幅が最大λ／１０の寸法を有し，プリント回路相互間の間隔が少なくともλ／４の大きさであることにより達成される。この場合，λは使用される電磁波の自由空間波長を示す。さらに，プリント回路それ自身は，送信波ないし受信波の偏光平面に対し直角に伸長しているべきである。
【０００７】
レーダ装置のビームパス内の外側の誘電体がレンズとして形成され，したがって同時に，通過する電磁波を集束または分散するために使用されることが好ましい。
【０００８】
このような寸法を有する導電装置は，個々にまたは組み合わせて誘電体を加熱するために使用されてもよく，これにより誘電体上に堆積した汚れおよび被膜を検出し，および／またはレーダ装置の機能検査を行うために使用されてもよい。
【０００９】
希望する使用方法においてそれぞれ，この導電回路装置は，誘電体の内側すなわち送信／受信素子に対面する側に，誘電体の外側に，または誘電体それ自身の内部に存在してもよく，または存在しなければならない。
【００１０】
本発明による装置の利点は，この装置が上記の設定課題を解決し，すなわちこの装置は自動車内または自動車上に使用されたときに受ける厳しい環境条件のもとにおいても安全かつ確実な機能を保証することにある。したがって，導電装置内に加熱電流を流すことができ，これにより誘電体を氷，雪または泥雪のような被膜から解放することができる。同様に，加熱電流により誘電体を乾燥させまたは乾燥状態に保持することができる。
【００１１】
導電装置が相互に独立の少なくとも２つの部分に分割されている場合，誘電体上の汚れまたは被膜の程度を決定することができる。この場合，導電装置は当然誘電体の外側に存在していなければならない。このとき，両方の分離部分間の電気抵抗および容量が測定される。両方の値は被膜材料のいわゆる損失角 tan δ を示す。次に，この値から同様に，被膜の減衰特性を導くことができる。
【００１２】
これらの２つの前記使用方法の組合せはとくに有利である。したがって，一方で，特定された汚れないし特定された被膜の関数として導電装置内を流れる加熱電流のスイッチを入れることができる。他方で，少なくとも２つの領域に分割することにより，加熱電力を容易に変化させることができ，たとえば氷で被覆されたレンズの急速加熱に対しては高い加熱電力が使用され，続いてレンズの温度を保持するためには低減された加熱電力が使用される。
【００１３】
導電装置の少なくとも１つの部分がパルスタイミング線路を形成するとき，目標シミュレーションに基づきレーダ装置の機能を簡単に検査することができる。このために，レーダパルスないしレーダパルスの一部がこの線路内に供給される。バイスタティックレーダ装置においては，このパルスは線路内を通過した後，受信アンテナに結合される。モノスタティック装置においては，線路は線路の端部が反射可能なように閉鎖され，したがって供給されたパルスは同様に組合せアンテナの方向に戻される。それぞれ既知の線路の信号パルスタイミングに基づき，レーダ装置の機能検査のための基準信号を得ることができる。
【００１４】
本発明による装置は，誘電体上にきわめて簡単にかつコスト的に有利に製作可能であることはとくに有利である。したがって，セラミックからなる本体の場合，十分に既知の厚膜技術によりプリント回路を形成することができる。プラスチックからなる本体の場合，プリント回路は同様に既知の方法を用いてきわめてコスト的に有利に形成することができる。
【００１５】
以下に本発明を図面に示す複数の実施態様により説明する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１はハウジング１０内の本発明によるレーダ装置の断面図を示す。電磁波のビーム方向１３において，ハウジング１０は誘電体１１により閉鎖されている。誘電体１１は電磁波に対し窓を形成し，したがってレーダ装置を外部の天候の影響から保護している。ハウジング１０内に送信／受信素子１２ならびに複数の種々の構成要素１５を備えた構成グループ１４が存在している。誘電体１１は本発明の好ましい実施態様に応じてレンズ形状に形成され，同時に電磁波の集束のために使用される。誘電体１１の内側すなわち送信／受信素子１２に対面する側に導電回路１６からなる装置が形成されている。
【００１７】
図２はハウジング１０および誘電体１１を備えた図１に示す本発明によるレーダ装置の正面図または平面図である。誘電体１１上または誘電体１１の内部に蛇行状導電回路からなる装置２１が存在する。この場合，この回路の幅は最大λ／１０の値を有している。隣接して伸長する２つの導電回路間隔は少なくともλ／４である。ここでたとえば電磁波の偏波方向を４５°右に傾斜していると仮定したとき，個々の導電回路は主として４５°左方向に傾斜して伸長している。この場合，「主として」とは，平行に伸長する２つの回路の短い結合は当然この方向から外れていることを意味している。蛇行状装置２１の始端および終端は接続点２２として形成されている。ここで，誘電体１１を加熱するために電流を供給してもよい。
【００１８】
図３ａおよびｂは本発明の好ましい実施態様に対応するレンズ形の誘電体を示す。この場合，図３ａは平凸レンズ３０を示し，平凸レンズ３０の凸面上に図２に示す蛇行状装置３１が形成されている。図３ｂは両側に湾曲面を有する凸レンズ３２を示す。導電装置３３は両方の湾曲面の間の平面内に存在している。このレンズは，たとえば２つの平凸レンズを組み合わせて製作してもよい。この場合，両方の半割れ部分Ｍ１およびＭ２は異なる材料からなるものでもよい。さらに，本発明による装置はレンズの内側に形成してもよいことは当然である。この例が図１の断面図に示されている。同様に，任意の他のレンズ形状を有する本発明の態様もまた考えられる。
【００１９】
図４ａおよびｂは同様にハウジング１０および誘電体１１を備えた本発明によるレーダ装置の平面図を示す。導電装置４０および４３はパルスタイミング線路として形成されている。導電装置４０および４３はレーダ装置の検査のために誘電体１１の外側に存在していることが好ましい。図４ａにおいて，パルスタイミング線路４０は電磁波のビームパスの縁領域内にリング状に設けられている。この場合，この理由から，個々の導電回路相互間の少なくともλ／４の間隔は無視してもよい。この場合，同様にそれぞれの偏波方向は考慮しなくてもよい。パッチ素子として形成された給電点が４１で示されている。パルスタイミング線路の端部が４２で示され，この端部はここで例として示したモノスタティックレーダ装置に対して反射可能なように閉鎖され，すなわちフリーにしておくかまたは短絡されている。図４ｂにおいて，パルスタイミング線路は電磁波のビームパスの外側に蛇行状に設けられている。ビームパスの内部には，同様にたとえばパッチ素子として形成されている給電点４４のみが存在している。バイスタティックレーダ装置においては，線路４３の端部は同様にパッチ素子として形成されてもよく，したがって給電線路は対応する受信アンテナに固定結合されてもよい。ここに示したモノスタティックレーダ装置に対しても同様に，線路４３の端部は反射可能に閉鎖されている。代替態様として，テストの目的のためのレーダパルスの結合もまた，パルスタイミング線路４０，４３のレーダ装置の送信／受信装置との導電結合により行ってもよい。
【００２０】
パルスタイミング線路４０，４３の帰線は，マイクロストリップ線路の場合と同様に誘電体１１の裏側上の導電面としてまたは共面（同じ平面にある）線路として形成されている。ワイヤアンテナの場合と同様に，具体的な実施態様に応じてそれぞれ，帰線を全く設けなくてもよい。
【００２１】
パルスタイミング線路の他の実施態様が図５に示されている。この実施態様においては，パルスタイミング線路が図２に示す加熱可能な蛇行状装置と組み合わされている。それに対応して，図２に記載のレーダ装置の構成部分が同じ符号で示されている。図５においては，これに補足して，蛇行状装置の中央にパッチ素子の形の給電点５１が，および装置の始端および終端に２つの減結合回路網５２が設けられている。減結合回路網５２は直流の形の加熱電流を通過させる。しかしながら，同時に，減結合回路網５２は高周波マイクロ波信号に対して短絡を形成する。それに応じて，マイクロ波信号は減結合回路網５２から反射される。
【００２２】
減結合回路網５２が好ましくは広帯域のいわゆる「ラジアルスタブ」により形成される場合，減結合回路網５２は図５に示すような円セグメント形状の線路構造である。この実施態様の好ましい変更態様により，減結合回路網５２はピンダイオードを含み，このピンダイオードを用いてその終端インピーダンスを変えることができる。減結合回路網はこれによりそのスイッチが投入／遮断されることが好ましい。
【００２３】
図６もまたハウジング１０および誘電体１１を備えた本発明によるレーダ装置の正面図または平面図を示す。誘電体１１が２つの櫛形状の装置６１および６２により被覆され，装置６１および６２は相互に密に噛み合っているが，この場合，相互に接触はしていない。ここで，はっきり区別するために，装置６１は一点鎖線で示されている。しかしながら，ここでは電気的に結合された構造が示されている。噛み合っている両方の装置６１および６２の間で，抵抗Ｒおよび容量Ｃを測定することができる。これらの値は両方の装置間の材料の損失角 tan δ の関数であり，したがって，場合により，そこに存在する被膜の損失角 tan δ の関数でもある。このようにして，被膜の信号減衰度したがって汚れの程度を決定することが可能である。導電装置６１，６２はこの用途に対しては誘電体１１の外側に形成されなければならないことは当然である。
【００２４】
図７は図６と同様な図を示す。しかしながら，ここでは図６と異なり，両方の導電装置はそれぞれ接点７３および７４を備えた加熱回路として形成されている。汚れを検出するために，同様に両方の装置間の抵抗Ｒおよび容量Ｃを測定することができる。さらに，接点７３および７４から，同様に装置内に本体の加熱のための加熱電流を供給することができる。
【００２５】
最後に，ここに示した本発明による導電装置の実施態様は，可能でかつ好ましい実施態様とみなされることを付け加えておく。しかしながら，本発明の考え方は，ここに示されていない他の装置を用いても実施可能であることは明らかである。同様に，誘電体は，図に示すようにレンズとして形成されていることが好ましい。しかしながら，より大きな誘電体ブロックから形成されかつ部分的にレンズの形状に形成された本体が使用されてもよい。同様に，誘電体が，レドームとして，すなわち集束作用を有しない形で使用されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明によるレーダ装置の断面図である。
【図２】図２は、本発明による加熱装置を備えたレーダ装置の正面図である。
【図３】図３ａは、本発明による好ましくはレンズ形の誘電体（平凸レンズ）の断面図である。図３ｂは、本発明による好ましくはレンズ形の誘電体（凸レンズ）の断面図である。
【図４】図４ａは、本発明による機能検査のためのパルスタイミング線路を備えたレーダ装置の正面図である。図４ｂは、本発明による機能検査のためのパルスタイミング線路を備えたレーダ装置の正面図である。
【図５】図５は、加熱および機能検査のための組合せ装置を備えたレーダ装置の正面図である。
【図６】図６は、本発明による被膜検出のための装置を備えたレーダ装置の正面図である。
【図７】図７は、本発明による被膜検出および加熱のための組合せ装置を備えたレーダ装置の正面図である。
【符号の説明】
１０ ハウジング
１１ 誘電体
１２ 送信／受信素子
１３ ビームパス（ビーム方向）
１４ 構成グループ
１５ 構成要素
１６ 導電回路
２１，３１，４０，４３，６１，６２，７１，７２ 導電装置
２２ 接続点
３０ 平凸レンズ
３２ 凸レンズ
４０，４３ パルスタイミング線路
４１，４４，５１ 給電点
４２ パルスタイミング線路の端部
５２ 減結合回路網
７３，７４ 接点
Ｃ 容量
Ｍ１，Ｍ２ レンズの半割れ部分
Ｒ 抵抗

Claims (7)

1. 少なくとも１つの送信／受信素子（１２）のビームパス（１３）内に少なくとも１つの誘電体（１１）が存在し、これによりこの少なくとも１つの送信／受信素子（１２）が天候の影響から保護される、電磁波を送信および／または受信するための少なくとも１つの送信／受信素子（１２）を備えた自動車用レーダ装置において、
   少なくとも１つの誘電体（１１）が、レーダ目標をシミュレートすることが可能なパルスタイミング線路を形成する導電回路（１６）からなる装置を有し、前記パルスタイミング線路は、前記ビームパス（１３）の内部に設けられた給電点（４１、４４、５１）を有し、レーダパルスの少なくとも一部が前記パルスタイミングラインの前記給電点（４１、４４、５１）から供給され、前記レーダパルスの少なくとも一部が、既知の前記パルスタイミング線路を通ることにより前記自動車用レーダ装置の基準信号を得ることができるパルスタイミング線路である、ことを特徴とする自動車用レーダ装置。
2. 前記導電回路からなる装置がプリント回路からなり、前記プリント回路の幅が最大λ／１０の寸法を有し、前記プリント回路の相互間の間隔が少なくともλ／４の寸法を有し、ここでλは電磁波の自由空間波長を示すことを特徴とする請求項１の自動車用レーダ装置。
3. 前記導電回路からなる装置の導電回路が前記電磁波の偏波方向に対し主に垂直方向に配置されていることを特徴とする請求項１または２の自動車用レーダ装置。
4. 少なくとも１つの誘電体が電磁波を集束または分散するための誘電体レンズであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかの自動車用レーダ装置。
5. 導電回路からなる前記装置が少なくとも１つの誘電体の表面に設けられていることを特徴とする請求項１、２または３の自動車用レーダ装置。
6. 導電回路からなる前記装置が少なくとも１つの誘電体の内部に設けられていることを特徴とする請求項１、２または３の自動車用レーダ装置。
7. 前記パルスタイミング線路が同時に誘電体を加熱するための加熱回路を形成していることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかの自動車用レーダ装置。

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