JP5013267B2 - レーダアンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載のレーダアンテナ装置、特にアンテナ特性の方向転換を可能にする自動車用レーダアンテナに関する。

米国特許出願第５５７２２２８号及び第６２１１８６号明細書から、誘電導波路のすぐ近くで表面を構造化されたドラムを回転させることによって、機械的に方向転換するアンテナとして実現される漏洩アンテナ装置が公知である。ドラムの表面構造化は、米国特許出願第５５７２２８号明細書では、個々の金属条片により行われ、これらの金属条片の間隔は、ドラムの回転の際、誘電導波路の範囲で変化する。それによりいわゆる漏洩波を介して誘電導波路からの回転角に関係する電力取出しが行われる。取出される電力は、方向づけられたアンテナ特性により記述可能な放射の形で空間に分布し、以下放射ローブと称されるこの放射の最大強度は、ドラムのそのつどの回転角に関係している。放射される電波の偏波は、ドラム上に存在する金属条片に対して平行に向けられている。

ドラムの別の実施例が米国特許出願第６２１１８６号明細書に記載されている。ここでは表面構造は、長さ及び幅に関して適当に選ばれる寸法を持つドラムの隆起及び凹所のような手段の個々の列によって形成されている。適当な構成によって、放射される放射ローブの偏波面に適切な影響を及ぼすことも可能である。しかしドラム上に手段の個々の列を形成することにより、放射ローブの不連続な方向転換が行われ、これに反し前記の構成は連続的な方向転換を可能にする。

漏洩波の放射のため、構造化された可変な表面により乱される誘電導波路の基本原理は、既に国際公開第８７／０１２４３号に示されている。

偏波及び第２の場合不連続な方向転換に関する前記の制限のほかに、アンテナの実際の転換について、特に装置に含まれる誘電導波路が問題である。この導波路は、少なくとも特定の長さにわたって、ドラムのすぐ近くに自由に浮動して、（特に温度及び振動のような環境の影響の下でも）大きい精度で設けられねばならない。

放射ローブの方向転換面（ドラム及び誘電導波路の断面）に対して直角な面内に、更に導波路の形状寸法により、放射ローブの非常に広範囲の特性が生じ、付加的な反射器及び／又はマイクロ波レンズによりこの放射ローブを集束せねばならない。それによりアンテナ装置全体の特に自動車での使用のためには容認できない非常に突出する大きさが生じる。

本発明の基礎になっている課題は、自動車のレーダセンサに使用するのに適したレーダアンテナ装置を提示することである。

レーダアンテナ装置は、なるべく簡単かつ安価に、そのつど多くの方向に、１つ又は複数の放射ローブの連続又は不連続な方向転換を可能にし、これらの方向が、安価で高効率なレーダシステム特に自動車用のレーダシステムにおいて使用するのに適しているようにする。

この課題は請求項１の特徴によって解決される。有利な展開は従属請求項及び発明の説明からわかる。

本発明によれば、干渉構造例えば上記の表面を構造化されるドラムの近くに設けられる別の形式の導波路が使用される。この導波路は、間隔をおいた金属面を持ち、これらの金属面の間に誘電媒質が設けられている。誘電媒質として、固体誘電体のほかに、気体例えば空気が考えられる。電磁波は、金属面の間で縦方向に入力される。金属の面は縦方向に延び、干渉構造及びそれに対向する側に対して第１の横方向へ開き、第２の横方向へ互いに間隔をとっており、第２の横方向は第１の横方向及び導波路の縦方向に対して直角になっている。この導波路は、金属従って強固な基礎に結合可能であり、それにより導波路が製造において特に再現可能であり、環境の影響に対して抵抗力を持つ。その際誘電体の付加的な使用が可能である。

レーダアンテナ装置は、放射ローブの方向転換面に対して直角な面にある適当な集束用反射器システムにより補足され、この反射器システムガアンテナ装置全体のできるだけ小さくかつ非常に簡単な構造を可能にする。ドイツ連邦共和国特許第１９８４８７２２号明細書において従来の励振器（例えば導波管又はパッチアンテナ）により紹介されているように、偏波器と反射器アレイから成る折り畳まれた反射器システムが使用されえる。この装置により、放射ローブの偏波面も回され、これは米国特許第５５７２２２８号明細書に記載されている付加手段なしの全装置では不可能である。更に公開されてない国際出願第ＤＥ２００４／００１９２５号からわかるように、新しい種類の金属被覆構造を持つ反射器システムが考えられる。所定の金属被覆を除去するか又は付加し、こうしてビーム形状に影響を及ぼすことによって、金属被覆構造が、普通のゲインを最適化された金属被覆構造とは相違して離調される。

本発明の実施例が図面に示されており、以下に説明される。

図１は、構造化された表面を持つドラム１２のすぐ近くにある例示的な導波路１１を示す。この導波路１１へ高周波領域にある電力が供給されて、導波路１１に沿って電磁波の形で伝搬する。ドラム１２の表面構造化は、導波路の周りの電磁界に介入して、装置から電力を取出し、こうして電力は放射ローブの形で空間へ放射される。放射ローブの強度最大値の方向Θは、例えばドラム１２上における構造化の周期的配置では、次の関係
ｓｉｎΘ＝λ_ｏ／λ_ｇ−λ_ｏ／ｐ
によって生じ、ここでλ_ｏは自由空間波長、λ_ｇは導波路上の波長、ｐはドラム上の構造化の間隔である。相反定理のため、装置は受信の場合同じように動作する。

従来技術では、導波路１１は、空気により包囲されかつ円形又は角形断面を持つ誘電導波路として構成されている。しかし本発明によれば、導波路１１は図３に示すように、金属枠３１と誘電体３２から成る複合構造として有利に実現されている。

この導波路は、その断面が文献に示されているＨガイドに類似しているが、これとは異なり範囲を非常に限られた金属壁を持ち、図３に関して水平な偏波における電束線を持つ１種の平行板モードで作動せしめられる。これは以下スリット導波路と称される。金属の面３１はＸ方向に延び、Ｚ方向に互いに間隔をとっている。面３１は必ずしも平らな面でなくてもよく、例えば棒として構成されていてもよい。しかし間にある固体誘電体を固定するため、平らな面の形状が有利である。導波路は、干渉構造及び取出しが行われる反対側へＹ方向に開いている。

誘電媒質３２は、波長及びアンテナ機能のために過変調されても作動可能なスリット導波路の断面寸法に決定的な影響を及ぼす。

固体誘電体３２の断面として種々の形状が考えられ、実際の変換のためには四角形、殆ど四角形及び六角形の構成が有利である。ドラム１２の表面との電界結合の強度は、図２に示されている導波路２１とドラム２２との間隔のほかに、誘導体３２の材料、誘電体３２の断面寸法及び寸法３３，３４，３５及び３６の選択により、ある程度の限界内で調節可能である。極端な場合、図３のスリット導波路は、更に誘電媒質３２としての空気で作動させることもできる。

スリット導波路の有利な展開が図４に示されている。金属の枠４１と誘電体４２から成りここでは例としての断面形状寸法を持つスリット導波路は、方向転換面（ドラム及びスリット導波路の断面）に対して直角な面内で放射ローブの予備集束を行うホッパ構造４３を付加的に備えている。

図５には、ビーム集束のため副反射器と主反射器から成る付加的な反射器システムを持つアンテナ装置全体の断面が、放射ローブの方向転換面（ドラム及びスリット導波路を通る断面）に対して直角な面で示されている。導波路５１からすぐ近くにあるドラム１２の表面を通って取出されて方向づけられる放射ローブは、取付けられる金属格子５４又は金属条片を持つ誘電材料から構成されて偏波器として動作する副反射器５３に当たる。電力はそこで完全に反射され、反射アレイとして有利に構成されてねじり反射器と称される主反射器５５に投射される。主反射器は、場所に関係する反射動作により、更に最初の放射ローブの方向転換面に対して直角な面内において、放射ローブを形成又は集束し、同時に放射ローブを９０°偏波回転させるので、電力は続いて妨げられることなく偏波器を通過することができる。従来技術に対するこの装置の重要な利点は、こうして比較して非常にこじんまりした構造及び小さい全所要空間が得られることである。反射アレイは例えば誘電板から成り、この誘電板は、入射する電波に近い方の側に複数の金属被覆構造を持ち、入射する電波から遠い方の側に１つの連続的な金属被覆層を持っている。反射器の誘電板は、平らに構成されるだけでなく、湾曲して構成されていてもよい。反射アレイにより、最初の放射ローブの方向転換面に対して直角な面における上記の偏波回転及び形成のほかに、最初の放射ローブの方向転換面における放射ローブの更に付加的な形成及び／又は方向転換が行われると、特に有利な展開が行われる。これは、誘電板上に金属被覆構造を適当に形成することによって可能である。

図６には、アンテナ装置全体の別の断面が示されている。ドラム１２の近くにあってホッパ構造を備えたスリット導波路６１は、偏波器として構成された副反射器６３とねじり反射器として構成された主放射器６５とを持つ反射器アンテナを励振して、最初の放射ローブの方向転換面に対して直角な面及び最初の放射ローブの方向転換面における放射ローブの上述した所望の付加的な形成を行い、偏波面を９０°回転させる。

例えば図５又は図６に示すようなアンテナ装置全体の有利な展開は、同様に構造化された表面に対して少なくともほぼ平行に延びるドラムの近くに２つ又はそれ以上の導波路を配置することである。それにより互いに無関係で同時に使用可能で形状の異なる２つ又はそれ以上の放射ローブが、アンテナ装置全体により実現される。

例えば図５又は図６に示すようなアンテナ装置全体の別の有利な展開は、主反射器５５又は６５を回転可能に支持して、例えば方向５８又は６８へ反射器を傾けることにより、放射ローブの付加的な機械的方向転換を可能にすることである。

特別な実施形態では、主反射器５５，６５及び／又は副反射器５３，６３が湾曲した表面を持っている。

例示的に説明したアンテナ装置全体は、空間において連続又は不連続に方向転換される１つ又は複数の放射ローブを持つレーダシステムの変換を可能にする。電力取出しのため使用される表面の適当な構成により、ビーム幅及びビーム方向転換のための角度範囲は、広範囲に柔軟に調節可能である。ドラム表面を使用する場合、それぞれ異なる形状の放射ローブにより、例えば放射ローブの方向転換範囲より多い角度範囲を実現することが可能である。

ドラムと例示的な導波路から成る装置の縦断面を示す。 ドラムと例示的な導波路から成る装置の横断面を示す。 導波路の例示的な構成を示す。 放射される電力を予備集束するためのホーンをはめられた導波路の横断面を示す。 折り畳まれた反射器システムを持つ装置全体の横断面を示す。 折り畳まれた反射器システムを持つ装置全体の別の横断面を示す。

Claims (12)

1. レーダアンテナ装置であって、
   ａ）１つの縦長の導波路へ電磁波が入力されて、導波路の縦方向（Ｘ）に伝搬し、
   ｂ）導波路の近くにあって複数の金属部分を持つ干渉構造（１２）が、導波路に対して第１の横方向（Ｙ）に導波路から間隔をとって、導波路の縦方向（Ｘ）に対して平行に設けられ、従って干渉構造がレーダ波の方向づけられた放射を行う
   ものにおいて、
   ｃ）導波路が、２つの金属面（３１，４１）及びこれらの間に誘電媒質（３２，４２）を持ち、これらの面（３１，４１）が縦方向に延び、導波路が導波路に対して第１の横方向（Ｙ）に開いており、かつ第２の横方向（Ｚ）において２つの金属面（３１，４１）が互いに間隔をとっており、第２の横方向（Ｚ）が第１の横方向（Ｙ）及び導波路の縦方向（Ｘ）に対して直角になっており、
   ｄ）干渉構造（１２）の変化により、導波路に基因して空間の複数の角範囲又は角領域を覆う放射ローブの方向転換が可能である
   ことを特徴とする、レーダアンテナ装置。
2. 導波路が、四角形又は六角形の断面を持ちかつ金属板（３１，４１）又は棒により包囲される誘電材料（３２，４２）であることを特徴とする、請求項１に記載のレーダアンテナ装置。
3. 導波路が、特定の間隔をおいて設けられる２つの金属板（３１，４１）又は棒から形成され、これらの金属板又は棒の間に、誘電媒質（３２，４２）として空気又は他のガスが存在することを特徴とする、請求項１に記載のレーダアンテナ装置。
4. 干渉構造（１２）から遠い方にある導波路の側に、導波路から開く金属のホッパ装置（４３）が設けられていることを特徴とする、請求項１〜３の１つに記載のレーダアンテナ装置。
5. 有効金属部分又はその相互間隔の変化により干渉構造（１２）を変化する手段が設けられていることを特徴とする、請求項１〜４の１つに記載のレーダアンテナ装置。
6. 複数の金属部分を持つ干渉構造（１２）が、周囲角にわたって連続的にかつ／又は不連続に異なることができる隆起及び／又は凹所のような表面構造を持つドラム上に形成され、干渉構造（１２）の振動がドラムの回転により実現されることを特徴とする、請求項５に記載のレーダアンテナ装置。
7. レーダアンテナ装置が、反射アンテナ（５３，５５，６３，６５）又はレンズアンテナの励振器として用いられることを特徴とする、請求項１〜６の１つに記載のレーダアンテナ装置。
8. レーダアンテナ装置が、所望の偏波の電波を通す副反射器（５３，６３）と所望の方向に回される偏波を持つ電波の集束された反射用の主反射器（５５，６５）から成る偏波用反射アンテナの励振器として用いられることを特徴とする、請求項１〜６の１つに記載のレーダアンテナ装置。
9. 反射器又は主反射器（５５，６５）が、入射波に近い方の側に複数の金属被覆構造（５６，６６）を持ちかつ入射波から遠い方の側に連続する金属被覆層を持つ誘電板を持っていることを特徴とする、請求項７又は８に記載のレーダアンテナ装置。
10. 副反射器（５３，６３）が、偏波格子（５４，６４）の形の金属被覆を持つ誘電板であることを特徴とする、請求項８又は９に記載のレーダアンテナ装置。
11. １つ又は複数の反射器（５３，５５，６３，６５）が回転可能に支持され、こうして１つ又は複数の軸線（５８，６８）の周りに傾倒可能であることを特徴とする、請求項７〜１０の１つに記載のレーダアンテナ装置。
12. 自動車の周囲にある物体を認識するための請求項１〜１１の１つに記載のレーダアンテナ装置を持つ自動車。

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