JP4141008B2 - アンテナ装置を備えた自動車用レーダセンサ及びマルチレーダセンサ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動間隔警報又は適応走行速度制御の範囲内で使用される自動車用レーダセンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
このようなレーダセンサが例えば国際出願公開第９７／０２４９６５号から既知である。この明細書においては、物体を検出するための車両用モノスタティックＦＭＣＷレーダセンサが記載され、このモノスタティックＦＭＣＷレーダセンサにおいては、送信並びに対応するエコー信号の受信のために少なくとも１つのアンテナ給電が誘電体レンズと組み合わされて形成されている。一実施形態により、このレーダセンサは３つのアンテナ給電を有し、該３つのアンテナ給電はそれぞれ送信及び受信のために利用される。このために、３つのアンテナ給電の各々は送信／受信切換装置を介してそれに続く送信回路ないし受信回路と結合されている。送信／受信切換装置はリングカップラの形で形成されている。従って、ここに記載のレーダセンサにおいては、検出されたレーダ目標物の角度位置を決定するのに適した３ビームレーダセンサが使用されている。
【０００３】
このようなレーダセンサの開発過程において次のような問題点が発生した。検出された物体の個々の走行レーンを特定可能にするのに必要な角度解像度を達成するために、個々のアンテナ給電に付属するアンテナローブの幅は比較的狭くなければならない。しかしながら、例えば隣接走行レーン上で且つこのようなレーダセンサを備えた車両の前方で比較的小さい距離に存在する前方走行車両のような物体は検出しにくいか又は全く検出できないという欠点を有している。従って、例えば±５°の観察可能な角度範囲を有するレーダセンサを用いては、隣接走行レーン内で１ｍの横間隔をなして平行に走行する車両は、１５ｍ離れたときにはじめて検出することができる。従って、このようなレーダセンサの近接領域において観察可能な角度範囲を拡大することが望ましい。このために種々の方法が考えられているが、これらの方法はそれぞれ欠点を有している。従って、アンテナローブの拡大又はアンテナローブの拡張による観察可能な角度範囲の拡大は、達成可能な角度解像度を低下させ且つ検出到達距離を低減させることになろう。これに対し、他の追加アンテナローブを使用することは、これにより追加信号処理回路が必要となるのでコストを上昇させることになる。同様のことは、存在するアンテナローブの機械的又は電子的変動に対しても適用される。他の方法は、いわゆる形状補正（形状化）レンズ装置を使用することである。このような場合、目的に適合したレンズ表面形状により、広範囲に造形可能なアンテナ線図を発生することが可能である。しかしながら、このようなレンズは、通常のアンテナレンズより肉厚がかなり厚くなることが欠点である。従って、重量が重くなり、且つ性能の損失が大きくなる。更に、１つのアンテナ給電に対してのみ形状補正を行うこともまた可能である。このとき、マルチビームレーダ装置の残りのアンテナローブに性能低下が発生する。更に、このようなレンズ装置は、特に対応するレーダセンサを自動車に組み込むときに機械的公差がきわめて厳しくなる。
【０００４】
並走走行する車両を近接領域内でも検出可能にするという上記の問題点は、自動車に装着されている対応レーダセンサが車両の長手方向軸に対し中央に取り付けることができないとき、片側に対して更に増加される。このようなレーダセンサが、例えば車両の前方右側ヘッドライトの下側に取り付けられている場合、「ブラインド」領域は車両の左側に拡大することになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近接領域内の観察可能な角度範囲が簡単且つコスト的に有利な方法で拡大され、又は近接領域内の観察可能な角度範囲が必要に応じて簡単且つコスト的に有利な方法で拡大可能な自動車用レーダセンサを提供することが本発明の課題である。必要に応じて観察可能な角度範囲を拡大可能であることは、特に本発明によるレーダセンサが種々の自動車タイプに適用されるときに必要となる。この場合、上記拡大は、例えば角度解像度、到達距離又は出力収支のようなこの種のレーダセンサで従来達成されている特性にほとんど影響を与えないか又はこれらの特性を決して低下させてはならない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、本発明により、集束手段及び少なくとも３つの第１の励起素子から構成され、前記第１の励起素子が前記集束手段と組み合わされて場合により部分的にオーバーラップする少なくとも３つのアンテナローブを形成し且つレーダセンサの第１の送信及び／又は受信回路と切換可能に結合可能であるか又は永久的に結合されている、アンテナ装置を備えた自動車用レーダセンサであって、少なくとも１つの他の励起素子が存在し、前記他の励起素子が、前記第１の励起素子の１つに、これらの両方の励起素子がそれらの信号を共通に１つの同じ送信回路から受け取るかないしは共通に１つの同じ受信回路に供給するように直接並列に接続されていることを特徴とするアンテナ装置を備えた自動車用レーダセンサにより解決される。
【０００７】
本発明の好ましい実施形態により、前記他の励起素子が出力分配器を介して前記第１の励起素子と結合され、この場合、前記出力分配器は、送信ケースにおいて前記他の励起素子に出力のより少ない部分が供給され且つ前記第１の励起素子に出力のより大きい部分が供給されることが可能なように設計されている。
【０００８】
また、本発明により、集束手段及び少なくとも２つの励起素子から構成され、前記励起素子が前記集束手段と組み合わされて場合により部分的にオーバーラップする少なくとも２つの主ローブを有するアンテナ線図を形成し、この場合、これらの主ローブの少なくとも１つが側部に少なくとも１つの肩状湾曲部を有する自動車用マルチビームレーダセンサが提供される。この肩状湾曲部は、アンテナ線図内で最初のゼロ位置が補充されるような高さの振幅レベルに存在する。前記肩状湾曲部が、最大副ローブが到達する最大振幅値より高い振幅レベルに存在することが好ましい。他方で、この肩状湾曲部がアンテナ線図の主ローブの３ｄＢ点より下側に存在することが好ましい。この場合、肩状湾曲部の振幅レベルの高さは、特に本発明による出力分配器の分配比を介して決定される。本発明の好ましい実施形態が他の従属請求項から明らかである。
【０００９】
本発明によるレーダ装置の利点は、近接領域内の観察可能な角度範囲の拡大が簡単且つコスト的に有利に達成可能であることである。従って、本発明によるレーダセンサは種々の自動車タイプにきわめて良好に適合可能である。本発明によるレーダセンサの他の利点は、センサの到達距離が同じ送信出力においてほとんど低減されないことである。逆に、このタイプのレーダセンサと同様な到達距離を達成するために、それほど高い送信出力を必要としない。形状補正されたレンズ装置（形状化レンズ）を使用する代わりに、本発明によるレーダセンサは組込みのときに機械的公差は実質的に厳しくない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を図面に示す実施形態により詳細に説明する。
【００１１】
図１は従来技術によるこのタイプのレーダセンサの原理図を示す。レーダセンサはコンパクトなハウジング１０内に設けられ、該ハウジング１０は自動車に取付可能であり、且つ誘電体レンズ（集束手段）１１及び３つの励起素子１２から構成されたアンテナ装置を含んでいる。誘電体レンズと組み合わせて、３つの励起素子１２の各々はアンテナローブ１３、１４、１５を形成する。アンテナローブ１３、１４、１５は相互に隣接して存在し且つ部分的にのみオーバーラップしている。種々のアンテナローブ間のシーケンス切換により、又は個々のアンテナローブの受信信号間の振幅及び／又は位相比較により、検出されたレーダ目標物の角度位置を決定することが可能である。同様な方法が従来技術から一般に既知である。
【００１２】
図２は従来技術によるこのタイプのレーダセンサの計算アンテナ線図を示す。横軸に沿って中心軸に対し左右対称に、レーダ目標物がレーダセンサに対して相対的に存在する角度値が与えられている。縦軸に、最大値に対し正規化され且つそれに応じてデシベルで与えられているアンテナ線図の振幅値又は基準信号の振幅値が与えられている。線２０はアンテナ線図の最大値から３ｄＢだけ下側に存在している。図１に略図で示したアンテナローブ１３、１４、１５に対応する３つの主ローブ２１、２２、２３が明確に示されている。更に、実際の各アンテナ線図において通常存在する多数の副ローブ２４が示されている。主ローブ２１、２２、２３は、図１にも示されているように部分的にオーバーラップしている。
【００１３】
図３は本発明による励起要素の配置を有するストリップライン構造を示す。出力分配器３０２及び共通入力端３０１を介して供給される３つの並列信号経路３１０、３２０及び３３０が示されている。３つの信号経路の各々は第１の信号処理回路３０５を有している。信号処理回路３０５はそれぞれ、送信信号と受信信号とを分離するための２つのリングカップラ３０６、３０７並びに２つの回路構造３０８を含む。回路構造３０８は、受信されたレーダ信号の第１の処理のための混合段を含む。この場合、ここで使用されているＦＭＣＷレーダ原理に従って、入力端３０１を介して供給された送信信号の一部が混合のために使用される。要するに、回路３０５は送信／受信切換段の機能及び第１の受信混合段の機能を結合している。受信され且つ周波数を下げるよう混合されたレーダ信号は、回路構造３０８から図示されていない貫通接触によりストリップライン構造の下側に取り出すことができる。
【００１４】
各信号処理回路３０５の他方の接続端は、１つの励起素子ないし本発明により直接相互に並列に接続された２つの励起素子３１１、３１２、３２１、３３１及び３３２に通じている。この実施形態においては、これらの励起素子は、パッチ素子として形成され且つ１列に配置されている。列の始端及び終端に存在する励起素子３１２及び３３２が本発明の本質を形成している。これらの励起素子３１２及び３３２は、出力分配器３０３、３０４を介して直接励起素子３１１及び３３１に並列に接続されるか又は少なくとも並列に接続可能であることが好ましい。励起素子３１１と３１２との間ないし励起素子３３１と３３２との間の間隔ｄ₂は、励起素子３１１と３１２との間ないし３２１と３３１との間の間隔ｄ₁より大きいことが好ましい。
【００１５】
図４は、例として図３に示す励起装置を有する本発明によるレーダ装置のアンテナ線図を示す。同様に、３つの主ローブ４１、４２及び４３並びに多数の副ローブ４４、４６が示されている。本発明により、右側の主ローブ４３は肩状湾曲部４５を有し、該肩状湾曲部４５の振幅レベルは最大副ローブ４４の最大振幅値より大きくなっている。逆に、この実施形態においては、肩状湾曲部の振幅レベルは主ローブ４２の最大値より約１２ｄＢだけ下側に存在している。図からわかるように、ここでは主ローブ４３の最大値は、主ローブ４１及び４２の最大値より低い位置に存在している。これは、この場合、出力分配器３０３の分配比により決定される送信出力の一部が励起素子３１２を介して放射されるからである。励起素子３１２は励起素子３１１に対して横にオフセットされているので、励起素子３１１の主ビーム方向に分配比に対応する小さい出力が送信される。要約すると、送信出力のこの小さい部分は肩状湾曲部を形成するために偏移されている。到達距離の低減は、必要に応じて、信号経路３１０内により大きい対応送信出力が供給されることにより補償することができる。しかしながら、この実施形態においては、低減の大きさに鑑みてこのような補償を行うことは必要ではない。
【００１６】
アンテナ線図が示すように、肩状湾曲部４５により、本発明によるレーダセンサの観察可能な角度範囲は従来技術によるレーダセンサに比較して右側の近接領域において拡大されている。これにより、前記のように、この場合右側の主ローブ４３の到達距離を僅かに低減させることになるが、この低減はその大きさに関して無視することができる。肩状湾曲部４５の形成の原因は本発明による追加励起素子３１２の使用である。湾曲部の振幅レベル、従ってそれに関連して主ローブ４３の到達距離が低下する値もまた、出力分配器３０３の分配比を介して設定することができる。肩部４５の位置は、残りの励起素子に関する励起素子３１２の幾何寸法により決定される。間隔ｄ₂の選択により、肩状湾曲部４５の位置及び突出高さを設定することができる。間隔ｄ₂が大きく選択されればされるほど、肩状湾曲部４５はより外方に突出する。しかしながら、同時に主ローブ４３と肩状湾曲部４５との間のへこみも更に大きくなり、これにより肩状湾曲部４５はこのときあたかも別の副ローブ４４のように働くことになる。
【００１７】
ここで当業者は、肩状湾曲部４５を含む主ローブ４３の希望幅と、主ローブのフランク（側部）領域におけるできるだけ均等な振幅線図、すなわちほぼ単調に低下する振幅線図との間で、最適な妥協点を求めることに思いつくであろう。この場合、間隔ｄ₂を、励起素子３１１と３２１との間、ないし３２１と３３１との間の間隔ｄ₁より大きく選択することが有利であることがわかる。追加の励起素子３１２、３３２が主ローブ４３、４１の３ｄＢの開口角の外側に存在するように幅ｄ₂を選択することが有利である。
【００１８】
冒頭記載の課題に対応して、本発明によるレーダセンサは、外側に存在するアンテナローブ４３の外側に肩状湾曲部４５が存在するように形成されることが好ましい。しかしながら、これらの主ローブの「視界方向」が横方向に拡大されるべきとき、肩状湾曲部を、相互に隣接して存在する１つ又は複数の主ローブの内側に設けることもまた考えられる。
【００１９】
必要なときは、外側に存在する第２のアンテナローブ４１においてもまた前記のように肩状湾曲部４５を形成してもよい。しかしながら、これはしばしば必要ではなく、特に本発明によるレーダセンサが自動車の右側前方又は左側前方に取り付けられるときは必要ではない。しかしながら、この場合において適用費用を低減するために、図３に示すように、１つの他の励起素子のみが実際にレーダセンサの送信／受信回路と結合されているように設計されていることが好ましい。これは、レーダセンサの大量生産において、両方の他の励起素子３１２、３３２はレーダセンサの送信／受信回路と結合されているが、レーダセンサの最終組込みのとき、不必要な結合は再び切断されることによりコスト的に有利に形成可能である。これが図３において出力分配器３０４で示されている。逆に、両方の励起素子３１２、３３２をまず非接触のままとし、それぞれ必要な場合に最終作業工程において例えばボンディングによりセンサの送信／受信回路と接触させてもよいことは当然である。出力分配器に例えばＰＩＮダイオードスイッチが設けられている場合、肩状湾曲部は選択的に及び場合によりレーダセンサの使用中においても投入可能である。
【００２０】
ここに記載の実施形態以外に、本発明は、ここに示すＦＭＣＷレーダの場合のみならずパルスレーダにおいても使用可能である。ここに記載のストリップライン構造及びこの場合に使用されているパッチ素子の代わりに、励起素子はダイポールとして又は例えば導波管技術により形成してもよい。同様のことが、それと結合されている導体供給及び出力分配器に対しても適用される。更に、複数の他の励起素子を並列接続することにより、アンテナローブにおいて種々の好ましくは順次に低下する振幅レベルを有する複数の階段状の肩状湾曲部を形成することもまた可能である。これは、レーダセンサの周りの近接領域をきわめて広く照射し且つ遠隔領域をそれとは逆に比較的幅狭く照射するために使用されると有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術によるこのタイプのレーダセンサの原理図である。
【図２】従来技術によるレーダセンサのアンテナ線図である。
【図３】本発明による励起素子の配置のストリップライン構造図である。
【図４】本発明によるレーダセンサのアンテナ線図である。
【符号の説明】
１０ ハウジング
１１ 誘電体レンズ
１２、３１１、３２１、３３１ 第１の励起素子
３０１ 共通入力端
３０２、３０３、３０４ 出力分配器
３０５ 信号処理回路
３０６、３０７ リングカップラ
３０８ 回路構造
３１０、３２０、３３０ 信号経路
３１２、３３２ 他の励起素子

Claims (9)

1. 集束手段（１１）及び少なくとも３つの第１の励起素子（１２、３１１、３２１、３３１）から構成され、前記第１の励起素子（１２、３１１、３２１、３３１）が前記集束手段と組み合わされて場合により部分的にオーバーラップする少なくとも３つのアンテナローブを形成し且つレーダセンサの第１の送信及び受信回路と切換可能に結合可能であるか又は永久的に結合されている、アンテナ装置を備えた自動車用レーダセンサであって、
   少なくとも１つの他の励起素子（３１２、３３２）が存在し、
   前記他の励起素子（３１２、３３２）は、前記少なくとも３つの第１の励起素子のうちの１つの第１の励起素子が前記第１の送信及び受信回路からの送信信号を受け取り且つ前記他の励起素子が前記送信信号の一部を受け取り且つ前記第１の送信及び受信回路が前記１つの第１の励起素子からの受信信号及び前記他の励起素子からの受信信号を受け取るように前記１つの第１の励起素子と並列に前記第１の送信及び受信回路へ接続されており、
   前記他の励起素子が前記第１の送信及び受信回路に結合された出力分配器（３０３、３０４）を介して前記１つの第１の励起素子と結合され、この場合、前記出力分配器は、送信ケースにおいて前記他の励起素子に出力のより少ない部分が供給され且つ前記１つの第１の励起素子に出力のより大きい部分が供給されることが可能なように設計されており、
   前記少なくとも３つの励起素子が少なくとも近似的に１列に配置され、
   前記他の励起素子（３１２、３３２）がこの列の始端又は終端に存在する
   ことを特徴とするアンテナ装置を備えた自動車用レーダセンサ。
2. 前記他の励起素子（３１２、３３２）が、それに並列に接続されている前記第１の励起素子（３１１、３３１）に対し間隔ｄ_２を有し、
   当該間隔ｄ_２は、少なくとも、前記他の励起素子が前記第１の励起素子の主ローブの３ｄＢ開口角の外側に存在するような大きさを有している
   ことを特徴とする請求項１記載の自動車用レーダセンサ。
3. 前記他の励起素子（３１２、３３２）とそれに並列に接続されている前記１つの第１の励起素子（３１１、３３１）との間の間隔ｄ_２が、第１の励起素子（３１１、３２１、３３１）とそれに隣接する第１の励起素子との間の間隔ｄ_１より大きいことを特徴とする請求項１記載の自動車用レーダセンサ。
4. 少なくとも２つの他の励起素子（３１２、３３２）が存在するが、これらの他の励起素子（３１２、３３２）のうちの少なくとも１つ（３３２）が第１の励起素子に導電結合されていないことを特徴とする請求項１記載の自動車用レーダセンサ。
5. 前記励起素子並びにその供給導線がストリップライン技術で形成されていることを特徴とする請求項１記載の自動車用レーダセンサ。
6. 集束手段（１１）及び少なくとも３つの励起素子（１２、３１１、３２１、３３１）から構成され、前記励起素子（１２、３１１、３２１、３３１）が前記集束手段と組み合わされて場合により部分的にオーバーラップする少なくとも３つの主ローブ（４１、４２、４３）を有するアンテナ線図を形成する、アンテナ装置を備えた自動車用マルチビームレーダセンサにおいて、
   少なくとも１つの他の励起素子（３１２、３３２）が存在し、
   前記少なくとも３つの励起素子が少なくとも近似的に１列に配置され、
   前記他の励起素子（３１２、３３２）がこの列の始端又は終端に存在し、
   前記他の励起素子がその隣に位置する励起素子と出力分配器（３０３、３０４）を介して結合され、この場合、前記出力分配器は、送信ケースにおいて前記他の励起素子に出力のより少ない部分が供給され且つ前記隣に位置する励起素子に出力のより大きい部分が供 給されることが可能なように設計され、それにより前記少なくとも３つの主ローブの少なくとも１つが側部に少なくとも１つの肩状湾曲部（４５）を有する
   ことを特徴とする自動車用マルチビームレーダセンサ。
7. 前記肩状湾曲部が、最大副ローブが到達する最大振幅値より高い振幅レベルに存在することを特徴とする請求項６記載の自動車用マルチビームレーダセンサ。
8. 前記肩状湾曲部が主ローブの最大振幅値より少なくとも３ｄＢだけ下側に存在することを特徴とする請求項６記載の自動車用マルチビームレーダセンサ。
9. 前記主ローブが１列に相互に隣接して存在し、
   前記肩状湾曲部が外側に存在する主ローブの外側に存在する
   ことを特徴とする請求項６記載の自動車用マルチビームレーダセンサ。

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