JP4858559B2 - レーダ装置 - Google Patents

Description

本発明は、進行波給電されるアレーアンテナを用いるレーダ装置に関する。

従来より、車両前方を車幅方向（水平方向）に沿ってレーダ波を走査し、走行経路上に存在する障害物や先行車両等を検出する車載用のレーダ装置が知られている。
また、この種のレーダ装置に使用されるアンテナの一つとして、図８（ａ）に示すように、一列に配列された複数の放射素子１０３を給電線路１０５で接続してなるアレーアンテナ１０１を使用し、アレーアンテナ１０１の先端（給電端とは反対側の端部）にて反射波が生じることがないように、その一端を抵抗器で終端し他端から給電を行う、いわゆる進行波給電により動作させるもの（以下、進行波給電アンテナともいう）が知られている。

このような進行波給電アンテナ１０１は、放射素子１０３の配列方向が垂直方向に沿うような向きにして車両に取り付けられると共に、水平面内での方位検出が可能となるように水平方向に複数個並列配置した状態で使用される。

ところで、進行波給電アンテナ１０１では、使用周波数を変化させると、ビーム方向が放射素子１０３の配列方向に沿って変化する。即ち、図８（ｂ）に示すように、放射素子１０３間の配置間隔（給電線路の経路長）Ｄと給電線路１０５での送信信号の線路内波長とが等しい場合（図では周波数ｆ１の場合）には、全ての放射素子１０３から同位相のレーダ波が放射されることになるため、ビームの向きは、放射素子１０３が配置された放射面の正面方向（チルト角＝０°）を向くことになる。しかし、放射素子１０３間の配置間隔（給電線路の経路長）Ｄと送信信号の線路内波長とが異なっていると、各放射素子１０３から位相差が一定量αずつ異なったレーダ波が放射されることになるため、ビームの向きは、放射面の正面方向に対して、位相のずれ量αに応じた傾き（チルト角≠０°）を有することになる。

このため、使用周波数を変化させてもチルト角が変化しないようにするための様々な工夫が提案されている（例えば、特許文献１〜２参照）。
また、通常、車両にレーダ装置を車両に取り付ける際には、レーダ波の放射方向、特に仰角（チルト角）を調整する必要がある。

具体的には、ネジ等を利用して手作業で取付状態を調整する方法の他、電子的信号処理（ＤＢＦ，ＭＵＳＩＣ等）や、誘電体レンズ，ロトマンレンズ，バトラーマトリックス等のハードウェアによって、仰角方向のビーム走査を可能とし、所望のチルト角と一致した向きを有するビームを特定して動作させる方法が知られている。しかし、この場合、回路規模が大型化したり信号の処理量が増大するという問題がある。

これに対して、回路規模や信号の処理量を増大させることなく、チルト角を調整する手法として、給電周波数によってチルト角が変化することを積極的に利用して、電気的にチルト角を調整することが考えられる（例えば，特許文献３）。

特開平０８−０９７６２０号公報 特開２００６−２７９５２５号公報 特開２００６−６４６２８号公報

しかし、車載用のレーダ装置のように、使用周波数帯（７６ＧＨｚ〜７７ＧＨｚ）が限られている場合、その周波数帯で最大限に周波数を変化させても高々２°（±１°程度：但し、放射素子間の配置間隔を、使用する信号の１波長分の長さとした場合）程度しかチルト角を変化させることができず、十分な調整を行うことができないという問題があった。

本発明は、上記問題点を解決するために、装置規模や信号の処理量を増大させることなく、ビームの可変範囲を簡易に増大させることが可能なアレーアンテナを用いるレーダ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた本発明は、レーダ波を送信する送信アンテナ部、及びレーダ波を反射した物体からの反射波を受信する受信アンテナ部からなるアンテナ部と、アンテナ部に供給する送信信号を生成する信号生成手段と、アンテナ部から供給される受信信号を処理してレーダ波を反射した物体に関する情報を求める信号処理手段とを備えたレーダ装置において、アンテナ部を構成する送信アンテナ部及び受信アンテナ部のいずれもが、給電線路を介して進行波給電される複数の放射素子からなるアレーアンテナからなり、該アレーアンテナは、一つ又は複数の放射素子からなる放射素子部が、予め設定された第１方向に沿って給電順に配置され、且つ、放射素子部間に配線される給電線路の経路長が、放射素子部間の第１方向の配置間隔より大きく設定され、信号生成手段は、送信信号の周波数を調整することによって、前記送信アンテナ部及び受信アンテナ部が形成するビームの向きを前記第１方向に沿って調整する調整手段を有する。

このように構成されたレーダ装置では、調整手段によって送信信号の周波数を調整することによって、送信アンテナ部及び受信アンテナ部が形成するビームの向きを、第１方向に沿って任意に調整することができる。
即ち、放射素子部間を接続する給電線路を、最短距離で配線するのではなく、屈曲させて配線することによって経路長を長くしているため、アレーアンテナでは、放射素子部間の第１の方向の配置間隔を増大させることなく、大きな移相を実現することができる。

その結果、使用することができる周波数範囲が限られている場合でも、グレーティングを生じさせたり、装置規模を増大させたりすることなく、ビームの可変範囲を任意に設定することができる。

また、本発明のレーダ装置における給電線路は、クランク状に配線され、第１方向に沿って２列に配置された部分線路からなる第１部分線路群と、前記第１方向とは直交する第２方向に沿って配置された部分線路からなり、第１部分線路群に属する部分線路間を接続する第２部分線路群とで構成されている。

そして、特に請求項１に記載のレーダ装置では、放射素子部が複数の放射素子により構成され、その放射素子部を構成する各放射素子は、第２部分線路群を構成する部分線路に沿って配置され、該第２部分線路群から給電を受けるように構成されている。

なお、放射素子部を構成する各放射素子は、第２部分線路群を構成する部分線路上に、該第２部分線路群の中心軸に対して線対称な位置に配置されていることが望ましい。

即ち、特に放射素子部が複数の放射素子で構成されている場合には、周波数を変化させることによって、個々の放射素子部を見ればビームの向きが第２方向に変化する。しかし、第２部分線路群に属する部分線路の給電方向は、一つおきに反対となっているため、周波数を変化させた時にビームの向きが変化する方向も反対になる。従って、全ての放射素子部による合成されたビームの向きは、第２方向については正面方向を向くことになり、第１方向にのみビームの向きを変化させることが可能となる。

また、この場合、どの放射素子でも信号強度が等しくなるように、放射素子のサイズは、アレーアンテナの給電点から遠ざかるほど大きなものとなるように設定されていることが望ましい。

また、特に請求項２に記載のレーダ装置では、放射素子部は、給電線路から分岐する分岐線路および複数の放射素子により構成され、当該放射素子部を構成する放射素子は、その分岐線路に沿って配置され、その分岐線路から給電を受けるように構成され、更に、分岐線路は、第２方向の一方向から順次給電する構造のものと該第２方向の一方向とは反対方向から順次給電する構造のものとが、交互に配置されている。

このような配置とすることにより、上述した第２部分線路群を構成する部分線路から給電を受ける場合と同様に、第１方向にのみビームの向きを変化させることが可能となる。
なお、本発明において、放射素子部の第１方向の配置間隔は、当該アレーアンテナを介して送受信する信号の自由空間波長の半分より小さな値に設定されていることが望ましい。

この場合、グレーティングによる誤検出を確実に防止することができる。
また、本発明において、放射素子部の第１方向の配置間隔は、当該アレーアンテナに適用する使用周波数帯の中心周波数の信号の給電線路における線路内波長に等しく、また、放射素子部間に配線される給電線路の経路長である部間経路長は、その部間経路長による移相量と、放射素子部の特性による移相量との加算値が線路内波長のｎ倍（ｎは２以上の整数）となるように設定されていることが望ましい。

この場合、ビームの向きは、中心周波数の時に放射面の正面方向となり、基本周波数より周波数を増減させることにより、正面方向を中心として第１方向に沿ってビームの向きを変化させることができる。

また、放射素子として、該放射素子からの反射により給電点にて位相遅れが生じる構造を有したものを用いてもよい。
この場合、放射素子にて位相遅れが生じる分だけ、部間経路長を短縮することができるため、給電線路の配線に要するスペースを削減でき、また、部間経路長が同じであれば、ビームの向きをより大きく変化させることができる。さらに、第２方向に複数のアレーアンテナを配置する場合、その間隔を狭くすることができる。

更に、本発明において、放射素子部及び給電線路は、基板（片面基板，両面基板，多層基板のいずれでもよい）の同一パターン層に形成されていてもよいし、基板（両面基板または多層基板）の互いに異なったパターン層に形成されていてもよい。

特に、多層基板を用いた場合は、給電線路のレイアウトや給電線路から放射素子部への給電方法の自由度を向上させることができる。
また、給電線路を形成する層の誘電率が、放射素子を形成する層の誘電率より大きい基板を用いてもよい。

この場合、給電線路を形成する層の誘電率を大きくすることによって、部間経路長を短縮することができるため、給電線路の配線に要するスペースを削減でき、また、部間経路長が同じであれば、ビームの向きをより大きく変化させることができる。さらに、第２方向に複数のアレーアンテナを配置する場合、その間隔を狭くすることができる。

なお、調整手段は、送信信号の周波数をフィードバック制御するＰＬＬ回路からなることが望ましい。この場合、精度良く周波数を調整することができる。
また、本発明のレーダ装置は、アンテナ部を構成するアレーアンテナが、第１方向が仰角方向となるように車両に取り付けて使用されることが望ましい。

この場合、レーダ装置によるビームのチルト角の調整を、手作業によらず、送信信号の周波数を調整するだけで簡単に実施することができる。

レーダ装置の全体構成を示すブロック図。 アレーアンテナを構成する放射素子の配置、及び給電線路の配線状態を模式的に示した説明図。 放射素子のパターンを示した説明図。 発明に係る装置と従来装置との効果の違いを示す表およびグラフ。 第２実施形態のアレーアンテナを構成する放射素子の配置、及び給電線路の配線状態を模式的に示した説明図。 第３実施形態のアレーアンテナを構成する放射素子の配置、及び給電線路の配線状態を模式的に示した説明図。 第４実施形態のアレーアンテナの構成を示す平面図，断面図，分解図。 従来装置の構成及び問題点を示す説明図。 第２実施形態のアレーアンテナの変形例を示す説明図。 第３実施形態のアレーアンテナの変形例を示す説明図。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
［第１実施形態］
＜全体構成＞
図１は、本発明を適用して構成した車載用のレーダ装置１の全体構成を示すブロック図である。

図１に示すように、レーダ装置１は、ミリ波帯のレーダ波を送信する送信アンテナ部２と、ミリ波帯（本実施形態では７６ＧＨz〜７７ＧＨz）の高周波信号Ｈを発生させると共に、その高周波信号Ｈの周波数を制御指令Ｃに従って制御する周波数制御部４と、周波数制御部４にて生成された高周波信号Ｈを電力分配して、送信アンテナ部２に供給する送信信号Ｓ及びローカル信号Ｌを生成する送信回路部３と、ターゲットからの反射波を受信する受信アンテナ部５と、受信アンテナ部５から供給される受信信号Ｒｉ（ｉ＝１〜４）に、送信回路部３から供給されるローカル信号Ｌを混合してビート信号Ｂｉを生成する受信回路部６と、受信回路部６にて生成されたビート信号ＢｉをＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部７と、上述の制御指令Ｃを周波数制御部４に出力すると共に、Ａ／Ｄ変換部７を介して取り込んだビート信号ＢｉのサンプリングデータＤｉに基づいて、レーダ波を反射したターゲットに関する情報（相対速度，距離，方位等）を求める信号処理部８とを備えている。

なお、送信アンテナ部２は、複数の放射素子を給電線路を介して直列接続してなるアレーアンテナ２１を一本用いて構成され、一方、受信アンテナ部５は、同様のアレーアンテナ５１を複数本（ここでは４本）用いて構成されている。

また、レーダ装置１は、アレーアンテナ２１，５１を構成する放射素子の配列方向が車両の上下方向、受信アンテナ部５を構成する複数のアレーアンテナ５１の配列方向が水平方向と一致するように、車両に取り付けて使用される。

＜送信回路部及び受信回路部＞
送信回路部３は、周波数制御部４から供給される高周波信号Ｈを電力分配する分配器と、分配器にて生成された送信信号を増幅する増幅器を備えており、この増幅器にて増幅された送信信号Ｓを、送信アンテナ部２を構成するアレーアンテナ２１に供給するように構成されている。

一方、受信回路部６は、受信アンテナ部５を構成する各アレーアンテナ５１から供給される受信信号Ｒｉにローカル信号Ｌを混合するミキサ、ミキサの出力から不要な周波数成分を除去するフィルタ、フィルタの出力を増幅する増幅器を、アレーアンテナ５１毎に備えており、増幅器の出力を、ビート信号ＢｉとしてＡ／Ｄ変換部７に供給するように構成されている。

なお、このような機能を有する送信回路部３及び受信回路部６は周知のものであり、いずれも１チップのＭＭＩＣ（モノリシックマイクロ波集積回路）として構成されている。
＜周波数制御部＞
周波数制御部４は、図１（ｂ）に示すように、高周波信号を発生させる電圧制御発振器（ＶＣＯ）４１と、ＶＣＯ４１の出力、及び信号処理部８からの制御指令Ｃに従って、ＶＣＯ３１の発振周波数を制御するＰＬＬ（Phase Locked Loop ）回路４３とで構成されている。

なお、ＰＬＬ回路４３は、周波数制御部４が発生させる高周波信号と比較して十分に周波数の低い基準信号（数百ＫＨｚ〜数十ＭＨｚ程度）を発生させる基準信号発生器４３１、ＶＣＯ４１の出力を、制御指令Ｃで指定される分周比で分周した分周信号を発生させる周波数変換器４３２と、基準信号の位相と分周信号の位相とを比較し、位相差分に応じたパルス幅を有する信号を出力する位相比較器４３３と、位相比較器４３３の出力を平滑化して位相差に応じた電圧信号（ＶＣＯ４１の制御信号）を発生させるループフィルタ４３４とを備えた周知のものである。

＜信号処理部＞
信号処理部８は、当該レーダ装置１を車両に取り付けた際に、レーダ波の仰角方向（上下方向）の向き（チルト角）を設定するチルト角調整処理と、車両の走行時にレーダ波を送受信することによって得られるサンプリングデータに基づいて、レーダ波を反射した物体に関する情報（相対速度、距離、方位等）を求める物体検出処理とを少なくとも実行する。

＜アレーアンテナ＞
送信アンテナ部２及び受信アンテナ部５を構成するアレーアンテナ２１，５１は、いずれも同じ構成を有しているため、ここでは、アレーアンテナ２１の構成についてのみ説明する。

ここで、図２は、アレーアンテナ２１における放射素子２３の配置と、給電線路２５の配線状態を模式的に示した説明図である。
図２に示すように、アレーアンテナ２１は、一列に配置された複数の放射素子２３と、各放射素子２３を直列接続するように配線された給電線路２５とで構成されている。

なお、放射素子２３は矩形状のパッチアンテナからなり、給電線路２５はマイクロストリップラインからなる。
そして、アレーアンテナ２１において、給電線路２５の一方の端部（以下、アンテナ給電点という）２１ａは給電に使用され、他方の端部（以下、アンテナ終端点という）２１ｂは、信号の反射が生じないようにするための抵抗器（図示せず）によって終端されている。つまり、アレーアンテナ２１は、進行波給電アンテナとして構成されている。

また、給電線路２５は、クランク状に屈曲した状態で配線され、放射素子２３の配列方向（以下、第１方向とうい）に沿って、２列（列Ａ，列Ｂ）に配列された部分線路２５ａを第１部分線路群と、その第１部分線路群に属する部分線路２５ａ同士を接続するように、第１方向とは直交する方向（以下、第２方向という）に沿って配線された部分線路２５ｂからなる第２部分線路群とを有する。

但し、各放射素子２３は、第１部分線路群に属する部分線路２５ａのうち、一方の列（ここでは列Ａ）を形成するグループに属する部分線路２５ａのそれぞれから給電を受けるように接続されている。以下では、放射素子２３と給電線路２５との接続点を素子給電点Ｐともいう。

ここで、放射素子２３の数をＭ、放射素子２３を識別する識別子をｋ（但し、アンテナ給電点２１ａ側から順にｋ＝１，２，３，…，Ｍ）、ｋ番目の放射素子２３とｋ＋１番目の放射素子２３との配置間隔をｄ（ｋ）とする。ここでは、放射素子２３は、一定間隔Ｄにて配置されているため、Ｄ＝ｄ（１）＝ｄ（２）＝…＝ｄ（Ｍ−１）である。

具体的には、給電信号の周波数を、レーダ装置１による使用周波数帯（７６ＧＨｚ〜７７ＧＨｚ）の中心周波数ｆ₀ （７６．５ＧＨｚ）とし、その給電信号の給電線路２５における線路内波長をλｇとして、放射素子２３の配置間隔Ｄは、λｇと一致するように設定されている。

なお、給電信号の周波数が中心周波数ｆ₀ である場合に、１番目の放射素子の素子給電点Ｐでの位相を基準位相として、ｋ番目の放射素子の素子給電点における給電信号の位相をＰｓ（ｋ）、ｋ番目の放射素子の特性に基づく移相量（位相の遅延量）をＰｅ（ｋ）、ｋ番目の放射素子とｋ＋１番目の放射素子との間の給電経路長に基づく移相量をＰｌ（ｋ）とすると、ｋ番目とｋ＋１番目の放射素子の素子給電点間における給電信号の位相差ΔＰは、（１）に示す関係を有する。

そして、給電信号の周波数が中心周波数ｆ₀ である場合に、この位相差ΔＰが２ｎπ［ｒａｄ］（ｎは自然数）となるように、ｋ番目とｋ＋１番目の放射素子の素子給電点間の給電経路長ＤＬを（２）式から求める。

なお、本実施形態では、位相差ΔＰ＝６π（即ち、ｎ＝３）となるように設計されている。

つまり、レーダ波のビームの向きは、給電信号の周波数を中心周波数ｆ₀ とした場合に、アレーアンテナ２１の形成面に対する法線方向となり、中心周波数ｆ₀ より周波数を低くする（波長λｇが長くなる）ほど、第１方向に沿ってアンテナ給電点２１ａ側に傾斜し、逆に中心周波数ｆ₀ より周波数を高くする（波長λｇが短くなる）ほど、第１方向に沿ってアンテナ終端点２１ｂ側に傾斜することになる。

従って、信号処理部８が実行する調整処理では、給電信号の周波数を変化させる制御、即ち、所望の周波数に応じた分周数を設定する制御を行うことになる。
但し、放射素子２３として、図３（ａ）に示すように、放射素子２３から素子給電点Ｐへの反射が小さくなる構造を有したものを用いた場合、（２）式から給電経路長ＤＬを算出する時には、Ｐｅ（ｋ）＝０とすればよい。一方、図３（ｂ）に示すように、放射素子２３から素子給電点Ｐへの反射が大きくなる構造を有したものを用いた場合、Ｐｅ（ｋ）≠０であるため、給電経路長ＤＬは、Ｐｅ（ｋ）＝０の場合より短くなる。

＜比較＞
ここで、図４（ａ）は、放射素子の配置間隔Ｄ＝λｇとし、放射素子間を接続する給電線路を最短距離で配線（即ち給電経路長ＤＬ＝λｇ）とした従来装置、及び本発明に係るレーダ装置１（給電経路長ＤＬ＝３λｇ）について、給電信号の周波数を変化させた時に生じるｋ番目，ｋ＋１番目，ｋ＋２番目の放射素子２３の素子給電点Ｐでの位相を、ｋ番目を基準（Ｐｓ（ｋ）＝０）として示した表である。

また、図４（ｂ）（ｃ）は、給電信号の周波数に対するチルト角の変化を示すグラフであり、（ｂ）が本発明に係るレーダ装置１、（ｃ）が従来装置である。
図４（ａ）からは、周波数を変化させた場合に、各素子給電点Ｐでの位相が、給電経路長ＤＬの両者間の比に比例して、レーダ装置１では従来装置と比較して３倍変化することがわかる。

また、これに伴って、給電信号の周波数を使用周波数帯（７６ＧＨｚ〜７７ＧＨｚ）の全体に渡って変化させた時に、従来装置では、図４（ｃ）に示すように、±１°（但し、中心周波数ｆ０＝７６．５ＧＨｚの時を０°とする）程度、合計２°程度しか変化しなかったものが、レーダ装置１では、図４（ｂ）に示すように、±３°程度、合計６°程度変化することがわかる。

＜効果＞
以上説明したように、レーダ装置１では、送信アンテナ部２及び受信アンテナ部５を、進行波給電される一又は複数本のアレーアンテナ２１，５１により構成し、各アレーアンテナ２１，５１において、放射素子２３間の給電線路２５を、最短距離ではなく迂回させて配線している。

従って、レーダ装置１によれば、放射素子２３の配置間隔Ｄを増大させることなく、給電経路長ＤＬ（ひいては移相量）を増大させることができる。その結果、給電信号の周波数の変化に対してビームの向きが変化する割合を大きくすることができるため、使用周波数範囲が限られている場合でも、装置規模を増大させたりすることなく、ビームの可変範囲を十分に確保することができる。

［第２実施形態］
次に第２実施形態について説明する。
＜構成＞
本実施形態では、送信アンテナ部２及び受信アンテナ部５を構成するアレーアンテナ１２１の構成が異なっているだけであるため、この構成の相違する部分を中心に説明する。

図５（ａ）は、本実施形態におけるアレーアンテナ１２１の放射素子２３の配置および給電線路２５の配線状態を模式的に示した説明図である。
図示されているように、給電線路２５は、第１実施形態における給電線路２５と同様の構成を有している。

そして、第１実施形態では、放射素子２３は、第１方向に沿って１列に配置され、第１部分線路群を構成する部分線路２５ａのうち、一方の列Ａ上の部分線路２５ａから給電を受けるように接続されているが、本実施形態では、放射素子２３は、第２方向に沿って２列に配置され、第１部分線路群に属する部分線路２５ａの両方の列Ａ，Ｂから、それぞれ給電を受けるように接続されている。

但し、各放射素子２３は、その放射素子２３の素子給電点Ｐでの移相量が、アンテナ給電点２１ａに最も近い放射素子２３の素子給電点Ｐでの移相を基準として該放射素子２３からの第１方向に沿った距離に比例して増大するように配置されている。

＜作用効果＞
このように構成されたアレーアンテナ１２１を用いて送信アンテナ部２及び受信アンテナ部５が構成された本実施形態のレーダ装置１によれば、第１実施形態のものと同様の効果を得ることができるだけでなく、図５（ｂ）に示すように、放射素子１０３間を接続する給電線路１０５が直線状に配線されたアレーアンテナを２列並列に設けたものと同等の放射強度を確保することができる。

＜変形例＞
本実施形態では、第１部分線路群に属する部分線路２５ａの列Ｂから給電を受ける放射素子２３を、給電線路の外側（図中では列Ｂの左側）に配置したが、図９に示すように、給電線路の内側（図中では列Ｂの右側）に配置してもよい。同様に、部分線路２５ａの列Ａから給電を受ける放射素子２３を、給電線路の外側（図中では列Ａの右側）ではなく、給電線路の内側（図中では列Ａの左側）に配置してもよい。

［第３実施形態］
次に第３実施形態について説明する。
＜構成＞
本実施形態では、送信アンテナ部２及び受信アンテナ部５を構成するアレーアンテナ２２１の構成が異なっているだけであるため、この構成の相違する部分を中心に説明する。

図６（ａ）は、本実施形態におけるアレーアンテナ２２１の放射素子２３の配置および給電線路２５の配線状態を模式的に示した説明図である。
図示されているように、本実施形態では、アレーアンテナ２２１の給電線路２５は、第１実施形態の場合と同様にクランク状に配線されている。但し、第１部分線路群に属する各部分線路２５ａの長さがλｇに、第２部分線路群に属する各部分線路２５ｂの長さが３λｇに設定されている。

そして、第２部分線路群に属する部分線路２５ｂのそれぞれには、複数（ここでは４個）の放射素子２３からなる放射素子部１２３が接続されている。また、放射素子部１２３を構成する各放射素子２３は、部分線路２５ｂの中心軸に対して線対称となるように配置されている。

つまり、ここでは、放射素子２３は、第１方向に沿って４列に配置されたものとなる。
＜作用効果＞
このように構成されたアレーアンテナ２２１では、第２部分線路群に属する部分線路２５ｂは、第１方向に沿った配列順に従って交互に給電方向が逆向きとなる。従って、放射素子部１２３は、自身が接続された部分線路２５ｂの給電方向によって二つのグループに分けることができる。

そして、給電信号の周波数を変化させた場合、放射素子部１２３により形成されるビームの向きは、両グループとも第２方向に沿って変化するが、その変化する向きは両グループで反対方向となり、且つ、その変化量は同じ大きさとなる。従って、両グループのビームを合成した合成ビームは、第２方向への傾きが相殺され正面を向くことになる。

また、第１方向に沿って並んだ各放射素子部１２３間の給電経路長は、平均４λｇとなるため、給電信号の周波数を変化させた時に、各放射素子部１２３が形成するビームの第１方向に沿った向きは、いずれも同じ方向に同じ大きさだけ変化する。

従って、本実施形態のレーダ装置１によれば、第１実施形態のものと同様の効果を得ることができるだけでなく、図６（ｂ）に示すように、放射素子１０３間を接続する給電線路１０５が直線状に配線されたアレーアンテナを４列並列に設けたものと同等の放射強度を確保することができる。

＜変形例＞
なお、本実施形態では、放射素子部１２３を複数の放射素子２３で構成したが、これを単一の放射素子２３で構成してもよい。

この場合、各部分線路２５ｂ毎に設けられた放射素子２３は、一列に並ぶように配置してもよいが、図１０（ａ）に示すように、給電方向が異なる部分線路２５ｂに設けられた放射素子２３毎に、異なる列を構成するように配置してもよい。

いずれにしても、各放射素子２３は、その放射素子２３の素子給電点での移相量が、アンテナ給電点２１ａに最も近い放射素子２３の素子給電点での移相量を基準として該放射素子２３からの第１方向に沿った距離に比例して増大するように配置されていればよい。

また本実施形態では、放射素子部１２３を構成する各放射素子２３は、部分線路２５ｂから直接給電を受けるように接続されているが、図１０（ｂ）に示すように、単一の放射素子２３からなる放射素子部１２３を接続する場合に素子給電点となる部位から分岐し、第２部分線路群に属する部分線路２５ｂに沿って配線された分岐線路１２５を設けると共に、放射素子部１２３を構成する各放射素子２３を、この分岐線路１２５に沿って配置し、且つ分岐線路１２５から給電を受けるように構成してもよい。

［第４実施形態］
次に第４実施形態について説明する。
＜構成＞
本実施形態では、送信アンテナ部２及び受信アンテナ部５を構成するアレーアンテナ３２１の構成が異なっているだけであるため、この構成の相違する部分を中心に説明する。

図７は、本実施形態におけるアレーアンテナ３２１の構成を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は分解図である。
図７に示すように、アレーアンテナ３２１は、一方の面に正方形状のパターンからなる複数の放射素子２３が第１方向に沿って一列かつ等間隔に形成された片面誘電体基板９０ａと、一方の面にクランク状に配線された給電線路２５、他方の面にグランド面２７及び給電スロット２９が形成された両面誘電体基板９０ｂとを、ボンディングフィルム９０ｃを介して接着してなる多層基板９０によって構成されている。

なお、給電スロット２９は、グランド面２７に形成された長方形の開口であり、放射素子２３と対向し且つ放射素子２３の対角線に沿って配置されている。また、給電線路２５の形成面には、給電スロット２９の開口とほぼ同じ大きさのパターン２６が、放射素子２３の対角線に沿い、且つ、給電スロット２９とは交差するように形成されている。更に、パターン２６は、第２部分線路群に属する部分線路２５ｂに接続されている。つまり、放射素子２３は、部分線路２５ｂからパターン２６，給電スロット２９を介して給電を受けるように構成されている。

＜効果＞
このように構成されたアレーアンテナ３２１は、多層基板９０を用いて構成され、しかも放射素子２３と給電線路２５とが互いに異なる層に形成されているため、給電線路２５の配線パターンの自由度を向上させることができる。

［他の実施形態］
上記実施形態では、全ての放射素子２３の配置間隔を一定とし、全ての放射素子２３間の配線経路長も一定としたが、基準となる放射素子２３からの第１方向に沿った距離に比例して移相量が変化するように設計されていれば、放射素子２３の配置間隔や放射素子２３間の配線経路長は全てが同じ長さでなくてもよい。

上記実施形態では、放射素子２３の配置間隔を中心周波数ｆ₀ の線路内波長λｇに設定したが、中心周波数ｆ₀ の自由空間波長λ₀ ／２より小さく設定することが望ましい。この場合、グレーティングによる影響を確実に除去することができる。

上記実施形態では、送信アンテナ部２を構成するアレーアンテナ２１と、受信アンテナ部５を構成するアレーアンテナ５１とは同一構造のものを用いていたが、構造の異なるものを用いてもよい。例えば、受信アンテナ部５では、第１実施形態のアレーアンテナ５１（即ち２１）を使用し、送信アンテナ部２では、第２実施形態や第３実施形態のアレーアンテナ１２１、２２１を使用してもよい。但し、送信アンテナ部２と受信アンテナ部５とで、周波数を変化させた時のチルト角の変化が同じとなるようにすることが望ましい。

なお、給電線路２５における移相を大きくする手法として、スローウェーブ構造（例えば、特開２００７−３０６２９０号公報参照）を用いてもよい。

１…レーダ装置 ２…送信アンテナ部 ３…送信回路部 ４…周波数制御部 ５…受信アンテナ部 ６…受信回路部 ７…Ａ／Ｄ変換部 ８…信号処理部 ２１，５１，１２１，２２１，３２１…アレーアンテナ ２３…放射素子 ２５…給電線路 ２６…パターン ２７…グランド面 ２９…給電スロット ４１…電圧制御発振器 ４３…ＰＬＬ回路 ９０…多層基板 １２３…放射素子部 １２５…分岐線路 ４３１…基準信号発生器 ４３２…周波数変換器 ４３３…位相比較器 ４３４…ループフィルタ

Claims (10)

1. レーダ波を送信する送信アンテナ部、及びレーダ波を反射した物体からの反射波を受信する受信アンテナ部からなる送受信手段と、
   前記送信アンテナ部に供給する送信信号を生成する信号生成手段と、
   前記受信アンテナ部から供給される受信信号を処理して前記レーダ波を反射した物体に関する情報を求める信号処理手段と、
   を備えたレーダ装置において、
   前記送受信手段を構成する送信アンテナ部及び受信アンテナ部のいずれもが、給電線路を介して進行波給電される複数の放射素子からなるアレーアンテナからなり、該アレーアンテナは、一つ又は複数の放射素子からなる放射素子部が、予め設定された第１方向に沿って給電順に配置され、且つ、前記放射素子部間に配線される前記給電線路の経路長が、前記放射素子部間の前記第１方向の配置間隔より大きく設定され、
   前記信号生成手段は、前記送信信号の周波数を調整することによって、前記送信アンテナ部及び受信アンテナ部が形成するビームの向きを前記第１方向に沿って調整する調整手段を有し、
   前記給電線路はクランク状に配線され、前記第１方向に沿って２列に配置された部分線路からなる第１部分線路群と、前記第１方向とは直交する第２方向に沿って配置された部分線路からなり、前記第１部分線路群に属する部分線路間を接続する第２部分線路群とで構成され、
   前記放射素子部は、複数の放射素子により構成され、
   前記放射素子部を構成する各放射素子は、前記第２部分線路群を構成する部分線路に沿って配置され、該第２部分線路群から給電を受けることを特徴とするレーダ装置。
2. レーダ波を送信する送信アンテナ部、及びレーダ波を反射した物体からの反射波を受信する受信アンテナ部からなる送受信手段と、
   前記送信アンテナ部に供給する送信信号を生成する信号生成手段と、
   前記受信アンテナ部から供給される受信信号を処理して前記レーダ波を反射した物体に関する情報を求める信号処理手段と、
   を備えたレーダ装置において、
   前記送受信手段を構成する送信アンテナ部及び受信アンテナ部のいずれもが、給電線路を介して進行波給電される複数の放射素子からなるアレーアンテナからなり、該アレーアンテナは、一つ又は複数の放射素子からなる放射素子部が、予め設定された第１方向に沿って給電順に配置され、且つ、前記放射素子部間に配線される前記給電線路の経路長が、前記放射素子部間の前記第１方向の配置間隔より大きく設定され、
   前記信号生成手段は、前記送信信号の周波数を調整することによって、前記送信アンテナ部及び受信アンテナ部が形成するビームの向きを前記第１方向に沿って調整する調整手段を有し、
   前記給電線路はクランク状に配線され、前記第１方向に沿って２列に配置された部分線路からなる第１部分線路群と、前記第１方向とは直交する第２方向に沿って配置された部分線路からなり、前記第１部分線路群に属する部分線路間を接続する第２部分線路群とで構成され、
   前記放射素子部は、前記給電線路から分岐する分岐線路およい複数の放射素子により構成され、
   前記放射素子部を構成する放射素子は、該分岐線路に沿って配置され、該分岐線路から給電を受け、
   前記分岐線路は、前記第２方向の一方向から順次給電する構造のものと該第２方向の一方向とは反対方向から順次給電する構造のものとが、交互に配置されていることを特徴とするレーダ装置。
3. 前記放射素子部の前記第１方向の配置間隔は、当該アレーアンテナを介して送受信する信号の自由空間波長の半分より小さな値に設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーダ装置。
4. 前記放射素子部間の前記第１方向の配置間隔は、当該アレーアンテナに適用する使用周波数帯の中心周波数の信号の前記給電線路における線路内波長に等しく、前記放射素子部間に配線される前記給電線路の経路長である部間経路長は、該部間経路長による移相量と、前記放射素子部の特性による移相量との加算値が前記線路内波長のｎ倍（ｎは２以上の整数）となるように設定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のレーダ装置。
5. 前記放射素子として、該放射素子からの反射により給電点にて位相遅れが生じる構造を有したものを用いることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のレーダ装置。
6. 前記放射素子部及び前記給電線路は、基板の同一パターン層に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のレーダ装置。
7. 前記放射素子部及び前記給電線路は、基板の互いに異なったパターン層に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のレーダ装置。
8. 前記給電線路を形成する層の誘電率が、前記放射素子を形成する層の誘電率より大きいことを特徴とする請求項７に記載のレーダ装置。
9. 前記調整手段は、前記送信信号の周波数をフィードバック制御するＰＬＬ回路からなることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のレーダ装置。
10. 前記送受信手段を構成するアレーアンテナが、前記第１方向が仰角方向となるように車両に取り付けて使用されることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載のレーダ装置。