JP5207713B2

JP5207713B2 - ミリ波レーダ用リフレクタ

Info

Publication number: JP5207713B2
Application number: JP2007308952A
Authority: JP
Inventors: 忠生高橋
Original assignee: Ueda Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Ueda Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2007-11-29
Filing date: 2007-11-29
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2027-11-29
Also published as: JP2009133682A

Description

本発明は、レーダ送信機から送信されたミリ波を反射するミリ波レーダ用リフレクタに関する。

従来より、車両の安全性を向上する技術として、車両の前面部にレーダ装置を設け、前方車両へミリ波を放射し、その反射波を受信することにより前方車両との相対位置や相対速度を求めて追突を防止する追突防止システムなどが知られている。例えば、特許文献１には、このような追突防止システムに用いられるレーダシステムのリフレクタ装置が開示されている。

このようなリフレクタ装置には、特許文献２に示されているように、直角二等辺三角形の反射板を３枚組み合わせたコーナキューブ状のものが使用されている。図８には、コーナキューブ状のリフレクタ装置２０が示されている。リフレクタ装置２０は、入射電波Ｓinを反射可能な３枚の反射板２２，２４，２６を有し、各反射板はそれぞれお互いに合同な直角二等辺三角形に形成されており、その頂点である点に点線で示す直角部を合わせて、お互いに直交させることによりコーナキューブ状に接合されている。

図８に示すように、外部からの送信電波が入射電波Ｓinとしてリフレクタ装置２０に入射されると、入射電波Ｓinは、反射板２６の反射面から入射電波Ｓinの入射角と等しい反射角で反射され、更に、その反射電波が、反射板２２に入射されて、反射板２２から入射電波Ｓinの入射方向に反射される。このように、入射電波Ｓinが反射板２２，２４，２６の反射面にて複数回反射され、反射電波Ｓoutが入射電波Ｓinの入射方向に反射されることになる。

特開２０００−１０３２８３号公報特開平８−１２５４３４号公報

上述したレーダシステムのリフレクタ装置を用いた場合、リフレクタ装置に雨や雪が付着することで、ミリ波の反射率が変動してしまうという問題がある。これは、数十ＧＨｚのミリ波では、水滴や水膜が金属面と同様な電波反射率を有するからである。一般に従来のリフレクタの開口は水平方向へ向けられているため、水滴や水膜が溜まりやすく、気象状況を検知する手段を別途設け、気象状況に応じてリフレクタ装置の反射率を補正する手段が必要であった。

特に、屋外の所定エリアへの人や車両の侵入を検知するレーダシステムにおける基準信号検出装置としてリフレクタ装置を用いた場合、排気ガスや土埃などでリフレクタ装置の反射面が汚れ、雨や雪の付着を促し、雨や雪による反射率の変動により基準反射信号が変動するという問題があった。そこで、本発明は、雨や雪による反射率の変動が少ないミリ波レーダ用リフレクタ装置を提供することを目的とする。

本発明は、レーダ送信機から送信されたミリ波を反射するミリ波レーダ用リフレクタにおいて、反射部と非反射部とが同心状に、内側から外側へと交互に配置された反射板と、反射板を所定の角度で支持する支持部材と、を備え、反射板の内側ほど重みが大きい反射分布を有するように反射部の形状を設定し、ミリ波レーダ用リフレクタの反射特性のビーム幅を、反射板の板面の総てを反射部とした場合の反射特性のビーム幅よりも大きくしたことを特徴とする。

また、本発明の実施形態に係るミリ波レーダ用リフレクタは、レーダ送信機から送信されたミリ波を反射するミリ波レーダ用リフレクタにおいて、所定の反射分布となるように反射部と非反射部とを交互に設けた反射板と、反射板を所定の角度で支持する支持部材と、を備え、非反射部を開口することにより雨又は雪の付着による反射性能の変化を抑えた。また、本発明の実施形態に係るミリ波レーダ用リフレクタにおいて、反射板は、凸面状の反射分布を有するように、反射部の幅と開口の幅とが設定される。また、本発明の実施形態に係るミリ波レーダ用リフレクタにおいて、反射板は、中心部と、その外周と、に凸面状の反射分布を有する。また、本発明の実施形態に係るミリ波レーダ用リフレクタにおいて、反射板は、中心部の反射特性に対してその外周の反射特性を所定の値低下させた凸面状の反射分布を有する。

また、本発明に係るミリ波リフレクタは、望ましくは、反射板における非反射部に設けられた空隙を有する。

さらに、本発明に係るミリ波レーダ用リフレクタにおいては、望ましくは、反射板は、反射部に撥水性の塗料が塗布される。

本発明に係るミリ波レーダ用リフレクタを用いることにより、雨や雪による反射率の変動が少ないミリ波レーダ用リフレクタとすることが可能となる。また、地面や他の反射物からのマルチパスの影響を低減するためサイドローブレベルが低い方が望ましい。本発明に係るミリ波レーダ用リフレクタは適切なスロット数を選択することにより、マルチパスの影響を受けにくく、同時に更なる小型化が可能となるという効果がある。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。

図１には、ミリ波レーダ用リフレクタ３の外観が示されている。本実施形態で特徴的なことは、雨や雪が付着しないようにリフレクタ１０を単純なリング形状とし、積極的に空隙を設けたことである。

ミリ波レーダ用リフレクタ３は、ベース部１６を有するポール１５と、リフレクタ１０と、リフレクタ固定ネジ１２によってリフレクタ１０が支持部１１に固定され、リフレクタ１０が支持される支持部１１と、支持部１１をポール１５に固定する固定具１３と、固定具１３をポールに固定するための固定ネジ１４と、を有している。また、リフレクタの材質としては、アルミ材やステンレス材等を用い、表面をテフロン（登録商標）加工、ウレタン塗装などで撥水性を高め、雨や雪の付着を防止したり、酸化チタン塗布などにより雨水の均一化等を実現している。

図２には、ミリ波レーダ用リフレクタ３を含むレーダシステム１の一例が示されている。レーダシステム１は、屋外の所定エリアへの人や車両の侵入を検知するものであり、監視エリアに電波を送信して、障害物からの反射電波を受信する送受信アンテナ４と、レーダ装置２と、基準信号となる反射電波を検出するためのミリ波レーダ用リフレクタ３と、を有している。

ミリ波レーダ用リフレクタ３は、監視エリアの両隅に設けられており右側の送受信アンテナからの観測信号には、−９０度付近に基準値が観測されている。この基準値は、監視エリアに吹き込む雨や雪の状況により変化するが、ミリ波レーダ用リフレクタ３自身の変化は少ない。また、基準値の変化に合わせてしきい値を補正することにより、監視エリアに侵入した人や車両の検出漏れや誤検出を低減することが可能となる。

図３は、リフレクタ１０の反射特性を模式化したものであり、上から、（Ａ）重み特性、（Ｂ）素子ブロック、（Ｃ）反射素子、及び、（Ｄ）リフレクタの正面図を示している。なお、図１のリフレクタ１０に示した十字状の保持部材は省略した。

リフレクタ１０は、レーダ装置から送信された電波を反射するものであるが、指向性が強い（ビーム幅が狭い）とリフレクタ１０の設置時に微調整が必要となるばかりでなく、振動等の小さな変位でも反射波の反射強度が変動することになるので、所定の広いビーム幅を有することが望ましい。そこで、リフレクタ１０の重み特性は、図３（Ａ）に示すような凸面状の重み特性を持たせている。このような重み特性を実現させるには、図３（Ｂ）に示すようにリフレクタ１０を同心円状の素子ブロックに分割し、図３（Ｃ）に示すように、それぞれの素子ブロックに反射素子を設け、図３（Ｄ）のようなリング状のリフレクタ１０としている。

図４は、リフレクタとして矩形開口を用い、６０．５ＧＨｚのミリ波を用いて比較用の基準反射特性を示している。矩形開口は、縦横１００ｍｍの平板であり、アルミニウム製又はステンレス製のリフレクタとしてシミュレーションにて求めた。なお、シミュレーション結果として、計算上のレベルである計算レベルと、レーダに対する反射特性を評価する尺度としてＲＣＳ（ＲａｄａｒＣｒｏｓｓＳｅｃｔｉｏｎ：レーダ断面積）を用いたＲＣＳ（ｄＢｓｍ）と、を求めた。なお、ｄＢｓｍ＝１０・ｌｏｇ（被測定ＲＣＳ／単位ｍ²のＲＣＳ）であり、一般的に周波数が大きくなるとＲＣＳも大きくなる。図４に示すように、計算レベルは４６．１ｄＢ、ＲＣＳは１７．０８ｄＢｓｍと高い値を示し、ビーム幅は２．７度であった。また、ピークレベルの次に高い値を示すサイドローブは、θ角度３度で−１３ｄＢ、θ角度６度で−１８ｄＢ、θ角度１０度で−２２ｄＢとなり、ビーム特性は、なだらかな特性となった。

図５は、リフレクタとして半径５０ｍｍの平板による円形開口を用い、６０．５ＧＨｚのミリ波の反射特性を求めたところ、計算レベルでは４５．１ｄＢ、ＲＣＳは１６．０８ｄＢｓｍ、ビーム幅は３．８度という特性を示した。また、ピークレベルの次に高い値を示すサイドローブは、θ角度６度で−１８ｄＢ、θ角度９度で−２５ｄＢとなり、図４の矩形開口と比べてサイドローブの値が減少している。このように、サイドローブレベルが低減すると、地面や他の反射物からのマルチパスの影響を軽減することになるので、リフレクタとしては好ましい特性を示すことになる。そこで、半径５０ｍｍの平板による円形開口にスロットを設けビーム幅を増加させることにした。

図６は、半径５０ｍｍの平板による円形開口にスロットを設けたリフレクタである。ここで、外周部は反射率が下がるため、空隙とすることで半径３５．３ｍｍのリフレクタとした。同様にして６０．５ＧＨｚのミリ波の反射特性を求めたところ、計算レベルでは３８．０７ｄＢ、ＲＣＳは９．０５ｄＢｓｍ、ビーム幅は５．２２度という特性を示した。このように、スロットを設けることにより約５度のビーム幅を持たせることが可能となり、ピークレベルの次に高い値を示すサイドローブはθ角度３０度で−１９ｄＢ、θ角度２５度で−２２ｄＢとなった。このことから、円形開口にスロットを設けたリフレクタのビーム特性は、図５の円形開口タイプのリフレクタより改善され、地面や他の反射物からのマルチパスの影響を軽減することが確認された。また、サイドローブレベルの低減とリフレクタのさらなる小型化を図るために、サイドローブの全体的な低減と、スロット数と、を減らしたリフレクタについて検討した。

図７は、全体的なサイドローブの低減と、スロット数３からスロット数２に減らすことによる小型化と、を目指したリフレクタである。スロット数を減らすことにより、外形寸法を小さくすることが可能となり、半径が３５．３ｍｍから３０．７ｍｍに減少した。同様にして６０．５ＧＨｚのミリ波の反射特性を求めたところ、計算レベルでは３７．７１ｄＢ、ＲＣＳは８．６９ｄＢｓｍ、ビーム幅は５．９４度となる特性を示した。このように、設定によっては、スロット数を減少させてもビーム幅を維持又は増加させることが可能となり、要求された約５度を超えるビーム幅を持たせることが可能となる。また、サイドローブの値も、θ角度３７度で−２３ｄＢ、θ角度２９度で−２５ｄＢとなり、図６のリフレクタに比べて全体的にサイドローブレベルが低減した。このようにして最適化することによりサイドローブの低減とリフレクタの小型化が可能となる。

以上、上述したように、本実施形態に係るミリ波レーダ用リフレクタを用いることにより、雨や雪による反射率の変動が少ないミリ波レーダ用リフレクタとすることが可能となる。さらに、本発明に係るミリ波レーダ用リフレクタは適切なスロット数とスロット幅をを選択することにより更なるサイドローブの低減と小型化が可能となる。

なお、本実施形態では、反射分布を凸型として説明したが、これに限るものではなく、二重凸型にすることでビーム幅を増大させる重み形状としてもよいし、リング状でなく、縦横一列の長方形状でもよい。また、本実施形態にて示した数値は、これに限定するものではなく、ミリ波の周波数やシステムから要求されるビーム幅などにより最適なパラメータとして設定されるべきものであることはいうまでもない。

また、本実施形態では、リフレクタの小型化を実現したが、リフレクタの設置に関してサイドローブの低減とリフレクタの小型化に伴う更なる性能向上を図ることも可能である。一例として、図１のポール１５が金属製のものである場合には、ミリ波の反射を低下させるため、ポール１５の直径を、例えば、現状の１／３程度まで細くする、又は、ポール１５をＦＲＰ等の低反射素材にしてもよい。

本実施形態に係るミリ波レーダ用リフレクタの外観を示す外観図である。ミリ波レーダ用リフレクタを基準信号検出器として用いたレーダシステムの概要を説明する説明図である。本実施形態に係るミリ波レーダ用リフレクタの反射特性を説明する説明図である。ミリ波レーダ用リフレクタとして矩形開口を用いた場合の反射特性を説明する説明図である。ミリ波レーダ用リフレクタとして円形開口を用いた場合の反射特性を説明する説明図である。ミリ波レーダ用リフレクタとして半径３５．３ｍｍのリング開口とした場合の反射特性を説明する説明図である。ミリ波レーダ用リフレクタとして半径３０．７ｍｍのリング開口とした場合の反射特性を説明する説明図である。従来のミリ波レーダ用リフレクタ装置の概要を説明する説明図である。

符号の説明

１レーダシステム、２レーダ装置、３ミリ波レーダ用リフレクタ、４送受信アンテナ、１０リフレクタ、１１支持部、１２リフレクタ固定ネジ、１３固定具、１４固定ネジ、１５ポール、１６ベース部、２０リフレクタ装置、２２，２４，２６反射板。

Claims

レーダ送信機から送信されたミリ波を反射するミリ波レーダ用リフレクタにおいて、
反射部と非反射部とが同心状に、内側から外側へと交互に配置された反射板と、
反射板を所定の角度で支持する支持部材と、
を備え、
反射板の内側ほど重みが大きい反射分布を有するように反射部の形状を設定し、ミリ波レーダ用リフレクタの反射特性のビーム幅を、反射板の板面の総てを反射部とした場合の反射特性のビーム幅よりも大きくしたことを特徴とするミリ波レーダ用リフレクタ。
請求項１に記載のミリ波レーダ用リフレクタにおいて、
反射板における非反射部に設けられた空隙を有することを特徴とするミリ波レーダ用リフレクタ。
請求項１または２に記載のミリ波レーダ用リフレクタにおいて、
反射部に撥水性の塗料が塗布されていることを特徴とするミリ波レーダ用リフレクタ。