JP6602503B1 - レーダ装置 - Google Patents

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Abstract

レーダ装置(100)は、電波を放射するアンテナ(1)と、アンテナ(1)用のレドーム(2)と、を備え、レドーム(2)は、第1レドーム層(3)と、第1レドーム層(3)と対向配置された第2レドーム層(4)と、第1レドーム層(3)と第2レドーム層(4)間に形成された間隙層(6)と、を有し、第1レドーム層(3)と第2レドーム層(4)間の間隔(d)は、電波の2分の1波長の整数倍に対応する値に設定されている。

Description

本発明は、レーダ装置に関する。
従来、レーダ装置において、アンテナ用のレドームが開発されている。例えば、特許文献1には、いわゆる「サンドイッチ構造」を有するレドームが開示されている。より具体的には、特許文献1記載のレドーム(10)は、2個のスキン層(S1,S2)間に1個のコア層(C)が設けられた構造を有するものである(特許文献1の図1等参照)。
特開2017−79448号公報
従来、いわゆる「ミリ波」を用いた車載用のレーダ装置が開発されている(以下「車載用ミリ波レーダ」という。)。車載用ミリ波レーダのレドームにおいては、ミリ波に対する透過性の向上と重量の低減及び剛性の向上との両立が求められている。
ここで、特許文献1記載の発明は、サンドイッチ構造を有するレドームにおいて、各スキン層の肉厚を所定の数式に基づき設定するとともに(特許文献1の式(1)等参照)、コア層の肉厚を他の所定の数式に基づき設定することにより(特許文献1の式(2)等参照)、ミリ波等の電波に対する透過性の向上を図るものである。すなわち、特許文献1記載の発明は、重量の低減及び剛性の向上を図るためのものではない。このため、特許文献1記載の発明は、ミリ波等の電波に対する透過性の向上と重量の低減及び剛性の向上との両立という観点において課題が残るものであった。
例えば、仮に特許文献1記載のレドームを車載用ミリ波レーダに用いた場合、ミリ波の周波数が30ギガヘルツ(以下「GHz」と記載する。)以上であることにより、特許文献1の式(2)に基づき、コア層の肉厚が2.5ミリメートル(以下「mm」と記載する。)以下に設定されることがある。このようにコア層が薄肉であるため、各スキン層を薄肉にした場合(すなわち特許文献1の式(1)におけるnの値を小さくした場合)、レドームの重量の低減が容易となるものの、レドームの剛性の向上が困難となる。他方、各スキン層を厚肉にした場合(すなわち特許文献1の式(1)におけるnの値を大きくした場合)、レドームの剛性の向上が容易となるものの、レドームの重量の低減が困難となる。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、車載用等のレーダ装置のレドームにおいて、ミリ波等の電波に対する透過性の向上と重量の低減及び剛性の向上との両立を図ることを目的とする。
本発明のレーダ装置は、電波を放射するアンテナと、アンテナ用のレドームと、を備え、レドームは、第1レドーム層と、第1レドーム層と同じ材料及び同じ厚さでかつ対向配置された第2レドーム層と、第1レドーム層と第2レドーム層間に形成された間隙層と、を有し、第1レドーム層と第2レドーム層間の間隔は、電波の2分の1波長の整数倍に対応する値に設定されていることにより、レドームによる電波透過率が、電波のキャリア周波数にて極大化されているものである。
本発明によれば、上記のように構成したので、車載用等のレーダ装置のレドームにおいて、ミリ波等の電波に対する透過性の向上と重量の低減及び剛性の向上との両立を図ることができる。
実施の形態1に係るレーダ装置用のアンテナの要部を示す正面図である。 実施の形態1に係るレーダ装置の要部を示す正面図である。 図2Aに示すA−A’線に沿う断面図である。 実施の形態1に係るレーダ装置用のレドームによるミリ波透過率を示す特性図である。 実施の形態1に係るレーダ装置用の他のレドームによるミリ波透過率を示す特性図である。 実施の形態1に係るレーダ装置用のレドームに対する比較用のレドームによるミリ波透過率を示す特性図である。 実施の形態1に係るレーダ装置用の他のレドームによるミリ波透過率を示す特性図である。 実施の形態2に係るレーダ装置の要部を示す正面図である。 図7Aに示すA−A’線に沿う断面図である。 実施の形態2に係るレーダ装置用のレドームによるミリ波透過率を示す特性図である。 実施の形態2に係るレーダ装置用の他のレドームによるミリ波透過率を示す特性図である。
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係るレーダ装置用のアンテナの要部を示す正面図である。図2Aは、実施の形態1に係るレーダ装置の要部を示す正面図である。図2Bは、図2Aに示すA−A’線に沿う断面図である。図1及び図2を参照して、実施の形態1のレーダ装置100について、車載用ミリ波レーダに用いた例を中心に説明する。すなわち、レーダ装置100は車両(不図示)に搭載されている。
図中、1はアンテナである。アンテナ1は、所定の周波数f(例えば77GHz)を有する電波、すなわちミリ波を放射するものである。アンテナ1は、当該放射された電波が車両外の障害物(不図示)により反射されたとき、当該反射された電波を受信するものである。制御部(不図示)は、アンテナ1により放射される電波の周波数fとアンテナ1により受信された電波の周波数f’との差分値Δfに基づき、車両と障害物間の距離を測定するものである。制御部は、例えば、ECU(Electronic Control Unit)により構成されている。
以下、アンテナ1により放射される電波及びアンテナ1により放射された電波を「放射波」と総称する。また、アンテナ1により放射される電波の周波数f、すなわち放射波の周波数fを「キャリア周波数」ということがある。
アンテナ1は、例えば、いわゆる「平面アレーアンテナ」により構成されている。図1及び図2に示す例においては、基板11の表面部に複数個のアンテナ素子12が平面状に、すなわち二次元アレー状に配列されている。
放射波のうちの主要な電波(いわゆる「メインビーム」)の放射方向(いわゆる「メインビーム方向」)は、例えば、基板11の板面に対して直交又は略直交する方向、すなわち図中Z軸に沿う方向に設定されている。図中MBは、メインビームに対応する領域、すなわちメインビームの通過対象となる領域を示している。
レーダ装置100は、アンテナ1用のレドーム2を有している。レドーム2は、基板11の表面部と対向配置されている。すなわち、レドーム2は、複数個のアンテナ素子12と対向配置されている。以下、レドーム2について説明する。
図2に示す如く、レドーム2は、互いに対向配置された2個のレドーム層3,4を有している。2個のレドーム層3,4の各々は、例えば、基板11の板面に対して平行又は略平行に設けられている。図中t1は、2個のレドーム層3,4のうちの一方のレドーム層(以下「第1レドーム層」ということがある。)3の肉厚を示している。図中t2は、2個のレドーム層3,4のうちの他方のレドーム層(以下「第2レドーム層」ということがある。)4の肉厚を示している。
レドーム層3,4は、例えば、ガラス繊維強化プラスチック又はクオーツ繊維強化プラスチックなどの繊維強化プラスチックにより構成されている。これらの繊維強化プラスチックは、誘電損失が比較的小さいため、レドーム層3,4に用いるのに適している。通常、これらの繊維強化プラスチックの比誘電率は2.0〜6.0程度である。例えば、これらの繊維強化プラスチックのうち、強化用の繊維を除く部位(すなわちプラスチックにより構成されている部位)の比誘電率は2.0程度である。また、繊維体積含有率が高いガラス繊維強化プラスチックの比誘電率は6.0程度である。
第1レドーム層3と第2レドーム層4間に1個以上の支持部材5が設けられている。これにより、第1レドーム層3と第2レドーム層4間に間隙層6が形成されている。図2に示す例においては、第1レドーム層3と第2レドーム層4間に4個の支持部材5が設けられている。支持部材5は、例えば、プラスチック、種々の繊維により強化された繊維強化プラスチック、又はアルミニウム等の金属により構成されている。
支持部材5は、レドーム2における放射波の通過対象となる領域外に配置されている。より具体的には、支持部材5は、レドーム2におけるメインビームの通過対象となる領域MB外に配置されている。
間隙層6には空気が入っている。通常、空気の比誘電率は1.0程度である。すなわち、間隙層6の比誘電率(1.0程度)はレドーム層3,4の比誘電率(2.0〜6.0程度)よりも小さいものである。
ここで、第1レドーム層3と第2レドーム層4間の間隔d、より具体的にはレドーム層3,4の厚さ方向(すなわち図中Z軸に沿う方向)に対する間隔dは、間隙層6における放射波の2分の1波長の整数倍に対応する値に設定されている。より具体的には、間隔dは、以下の式(1)に基づく値に設定されている。
d=α×(n×λ/2) (1)
λは、真空中における放射波の波長である。nは、1以上の任意の整数である。αは、以下の式(2)に示す条件を満たす係数である。
0.8≦α≦1.2 (2)
このようにして、レーダ装置100の要部が構成されている。
次に、レーダ装置100において、レドーム2を用いたことによる効果について説明する。
第一に、第1レドーム層3と第2レドーム層4間に誘電率の低い層(すなわち間隙層6)が設けられていることにより、ミリ波等の電波に対する透過性の向上を図ることができる。第二に、第1レドーム層3と第2レドーム層4間に間隙層6が形成されていることにより、レドーム2の重量の低減を図ることができる。第三に、この間隙層6が形成されていることにより、第1レドーム層3と第2レドーム層4間に支持部材5を設けることができる。このため、支持部材5に適切な材料を用いることにより、レドーム2の重量の低減を図りつつ、レドーム2の剛性の向上を図ることができる。
また、第1レドーム層3と第2レドーム層4間の間隔dが式(1)に基づく値に設定されていることにより、レドーム2によるミリ波透過率をキャリア周波数f(例えば77GHz)にて極大化することができる。この結果、図3〜図6を参照して後述するように、キャリア周波数fを含む所定の周波数範囲におけるフレネル損失を5%以下にすることができる。
図3〜図6において、特性線I、特性線II、特性線III、特性線IV及び特性線VIの各々は、レドーム2によるミリ波透過率を示している。また、特性線Vは、レドーム2に対する比較用のレドーム2’(不図示)によるミリ波透過率を示している。これらのミリ波透過率は、いわゆる「フレネルの式」を用いて計算されたものである。なお、これらのミリ波透過率の計算において、誘電損失は無視しており、フレネル損失を計算の対象としている。これは、フレネル損失に比して誘電損失が小さいためである。
レドーム2’は、レドーム2と同様の部材により構成されている。ただし、レドーム2’における間隔dは、間隙層における放射波の4分の1波長に対応する値に設定されている。より具体的には、レドーム2’における間隔dは、以下の式(3)に基づく値に設定されている。
d=λ/4 (3)
特性線Iに係るレドーム2においては、レドーム層3,4がガラス繊維強化プラスチックにより構成されている。このガラス繊維強化プラスチックの比誘電率は4.0である。特性線Iに係るレドーム2においては、d=1.95mmに設定されている(すなわち、f=77GHzであるところ、n=1かつα=1.0である。)。特性線Iに係るレドーム2においては、t1=t2=0.97mmに設定されている。以下、特性線Iに係るレドーム2の構成例を「第1構成例」という。
特性線IIに係るレドーム2においては、レドーム層3,4が第1構成例と同様の材料により構成されている。特性線IIに係るレドーム2においては、d=1.56mmに設定されている(すなわち、f=77GHzであるところ、n=1かつα=0.8である。)。特性線IIに係るレドーム2においては、t1=t2=0.97mmに設定されている。以下、特性線IIに係るレドーム2の構成例を「第2構成例」という。
特性線IIIに係るレドーム2においては、レドーム層3,4が第1構成例と同様の材料により構成されている。特性線IIIに係るレドーム2においては、d=2.34mmに設定されている(すなわち、f=77GHzであるところ、n=1かつα=1.2である。)。特性線IIIに係るレドーム2においては、t1=t2=0.97mmに設定されている。以下、特性線IIIに係るレドーム2の構成例を「第3構成例」という。
図3に示す如く、第1構成例のレドーム2、第2構成例のレドーム2及び第3構成例のレドーム2のうちのいずれのレドーム2を用いた場合であっても、73〜81GHzの周波数範囲におけるフレネル損失を5%以下にすることができる。すなわち、α=1.0である場合はもちろんのこと、式(2)に示す条件を満たす範囲内であれば、α≠1.0であってもミリ波透過率の向上効果が得られるものである。これは、アンテナ1のメインビーム方向がレドーム層3,4の厚さ方向に沿う方向(すなわちZ軸に沿う方向)に設定されている場合はもちろんのこと、当該メインビーム方向が当該厚さ方向に対して多少傾いた方向に設定されている場合であっても、ミリ波透過率の向上効果が得られることを示している。
特性線IVに係るレドーム2においては、レドーム層3,4が第1構成例と同様の材料により構成されている。特性線IVに係るレドーム2においては、d=1.95mmに設定されている(すなわち、f=77GHzであるところ、n=1かつα=1.0である。)。特性線IVに係るレドーム2においては、t1=t2=0.49mmに設定されている。以下、特性線IVに係るレドーム2の構成例を「第4構成例」という。
すなわち、第4構成例のレドーム2は、第1構成例のレドーム2に対して肉厚t1,t2の値が異なるものである。図4に示す如く、第1構成例のレドーム2を用いることにより、73〜81GHzの周波数範囲におけるフレネル損失を5%以下にすることができる。これに対して、第4構成例のレドーム2を用いた場合であっても、75〜79GHzの周波数範囲におけるフレネル損失を5%以下にすることができる。
特性線Vに係るレドーム2’においては、レドーム層(より具体的には第1レドーム層及び第2レドーム層)が第1構成例と同様の材料により構成されている。特性線Vに係るレドーム2’においては、d=0.97mmに設定されている(すなわち、間隔dが式(3)に基づく値に設定されている。)。特性線Vに係るレドーム2’においては、t1=t2=0.49mmに設定されている。以下、特性線Vに係るレドーム2’の構成例を「第5構成例」という。
図5に示す如く、第5構成例のレドーム2’を用いた場合は、第4構成例のレドーム2を用いた場合に比して、77GHzを含む所定の周波数範囲(より具体的には少なくとも70〜90GHzの周波数範囲)におけるミリ波透過率が低い。換言すれば、第4構成例のレドーム2を用いることにより、第5構成例のレドーム2’を用いた場合に比して、当該周波数範囲におけるミリ波透過率を向上することができる。
特性線VIに係るレドーム2においては、レドーム層3,4が第1構成例と同様の材料により構成されている。特性線VIに係るレドーム2においては、d=3.90mmに設定されている(すなわち、f=77GHzであるところ、n=2かつα=1.0である。)。特性線VIに係るレドーム2においては、t1=t2=0.97mmに設定されている。以下、特性線VIに係るレドーム2の構成例を「第6構成例」という。
すなわち、第6構成例のレドーム2は、第4構成例のレドーム2に対して整数nの値が異なるものであり、かつ、肉厚t1,t2の値が異なるものである。図6に示す如く、第4構成例のレドーム2を用いることにより、75〜79GHzの周波数範囲におけるフレネル損失を5%以下にすることができる。これに対して、第6構成例のレドーム2を用いることにより、72〜82GHzの周波数範囲におけるフレネル損失を5%以下にすることができる。
また、第6構成例のレドーム2においては、キャリア周波数fが高いにもかかわらず(f=77GHz)、間隔dが大きいため(d=3.90mm)、レドーム層3,4の厚さ方向(すなわちZ軸に沿う方向)に対する支持部材5の寸法を大きくすることができる。すなわち、約4mmの当該寸法を有する厚肉な支持部材5を用いることができ、かつ、間隙層6を大きくすることができる。この結果、レドーム2の重量の増加を抑制しつつ、レドーム2の剛性の向上を容易にすることができる。
なお、レドーム層3,4の材料は、ガラス繊維強化プラスチック又はクオーツ繊維強化プラスチックなどの繊維強化プラスチックに限定されるものではない。レドーム層3,4は、これらの繊維強化プラスチックと同程度に小さい誘電損失を有する材料であれば、これらの繊維強化プラスチックと異なる材料を用いたものであっても良い。
また、支持部材5の材料は、プラスチック、繊維強化プラスチック又は金属に限定されるものではない。支持部材5は、レドーム2の重量の低減及びレドーム2の剛性の向上を図る観点において適切な材料であれば、如何なる材料を用いたものであっても良い。
また、放射波はミリ波に限定されるものではなく、キャリア周波数fは77GHzに限定されるものではない。アンテナ1は、レーダ装置100に用いられる周波数fであれば、如何なる周波数fを有する電波を放射するものであっても良い。例えば、アンテナ1は、いわゆる「マイクロ波」又は「サブミリ波」を放射するものであっても良い。
また、レーダ装置100は車載用に限定されるものではなく、レーダ装置100の用途は車両と障害物間の距離の測定に限定されるものではない。レーダ装置100は、如何なる用途のレーダに用いられるものであっても良い。
以上のように、実施の形態1のレーダ装置100は、電波を放射するアンテナ1と、アンテナ1用のレドーム2と、を備え、レドーム2は、第1レドーム層3と、第1レドーム層3と対向配置された第2レドーム層4と、第1レドーム層3と第2レドーム層4間に形成された間隙層6と、を有し、第1レドーム層3と第2レドーム層4間の間隔dは、電波の2分の1波長の整数倍に対応する値に設定されている。レドーム2が間隙層6を有する構造により、ミリ波等の電波に対する透過性の向上を図ることができ、かつ、レドーム2の重量の低減を図ることができ、かつ、第1レドーム層3と第2レドーム層4間に支持部材5を設けることができる。このため、支持部材5に適切な材料を用いることにより、レドーム2の重量の低減を図りつつ、レドーム2の剛性の向上を図ることができる。また、間隔dが式(1)に基づく値に設定されていることにより、キャリア周波数fを含む所定の周波数範囲におけるフレネル損失を低減することができる。
また、間隔dは、アンテナ1による電波の放射方向(より具体的にはメインビーム方向)に対する間隔である。これにより、放射波(より具体的にはメインビーム)が上記のような高い透過率にてレドーム2を通過することができる。
また、第1レドーム層3と第2レドーム層4間に支持部材5が設けられていることにより、間隙層6が形成されている。支持部材5に適切な材料を用いることにより、レドーム2の重量の低減を図りつつ、レドーム2の剛性の向上を図ることができる。
また、支持部材5は、レドーム2における電波の通過対象となる領域(より具体的にはメインビームの通過対象となる領域MB)外に配置されている。これにより、支持部材5が放射波(より具体的にはメインビーム)の伝搬を妨害するのを回避することができる。
また、第1レドーム層3及び第2レドーム層4の各々が単層構造である(図2B参照)。支持部材5を用いることにより、第1レドーム層3及び第2レドーム層4の各々における積層構造を不要としつつ、車載用等のレーダ装置100において十分な剛性を確保することができる。レドーム層3,4の構造が簡単であることにより、レドーム層3,4の製造を容易にすることができる。
実施の形態2.
図7Aは、実施の形態2に係るレーダ装置の要部を示す正面図である。図7Bは、図7Aに示すA−A’線に沿う断面図である。図7を参照して、実施の形態2のレーダ装置100aについて説明する。なお、図7において、図2に示す構成部材等と同様の構成部材等には同一符号を付して説明を省略する。
実施の形態1のレーダ装置100におけるレドーム2は、図2Bに示す如く、第1レドーム層3及び第2レドーム層4の各々が単層構造を有するものであった。これに対して、実施の形態2のレーダ装置100aにおけるレドーム2aは、図7Bに示す如く、第1レドーム層3a及び第2レドーム層4aの各々が積層構造を有するものである。
第1レドーム層3aは、2個の被覆層7,8間に1個の心材層9が設けられた構造を有している。被覆層7,8は、例えば、PTFE(Polytetrafluoroethylene)等のフッ素樹脂、又はフェノール樹脂により構成されている。心材層9は、例えば、ガラス繊維強化プラスチック又はクオーツ繊維強化プラスチックなどの繊維強化プラスチックにより構成されている。すなわち、被覆層7,8の比誘電率εは心材層9の比誘電率よりも小さいものである。図中t1は、第1レドーム層3aのうちの心材層9の肉厚を示している。
第2レドーム層4aは、2個の被覆層7,8間に1個の心材層9が設けられた構造を有している。被覆層7,8は、例えば、被覆層7,8と同様の材料により構成されている。心材層9は、例えば、心材層9と同様の材料により構成されている。すなわち、被覆層7,8の比誘電率εは心材層9の比誘電率よりも小さいものである。図中t2は、第2レドーム層4aのうちの心材層9の肉厚を示している。
第1レドーム層3aと第2レドーム層4a間の間隔d、より具体的にはレドーム層3a,4aの厚さ方向(すなわち図中Z軸に沿う方向)に対する間隔dは、間隙層6における放射波の2分の1波長の整数倍に対応する値に設定されている。より具体的には、間隔dは、式(1)に基づく値に設定されている。すなわち、間隔dは、実施の形態1にて説明したものと同様の値に設定されている。
ここで、2個の被覆層7,8の各々の肉厚t3は、被覆層7,8における放射波の4分の1波長に対応する値に設定されている。より具体的には、肉厚t3は、以下の式(4)に基づく値に設定されている。また、2個の被覆層7,8の各々の肉厚t4は、被覆層7,8における放射波の4分の1波長に対応する値に設定されている。より具体的には、肉厚t4は、以下の式(5)に基づく値に設定されている。
t3=β×{λ/(4×√ε)} (4)
t4=β×{λ/(4×√ε)} (5)
βは、以下の式(6)に示す条件を満たす係数である。βは、以下の式(7)に示す条件を満たす係数である。
0.9≦β≦1.1 (6)
0.9≦β≦1.1 (7)
このようにして、レーダ装置100aの要部が構成されている。
次に、レーダ装置100aにおいて、レドーム2aを用いたことによる効果について説明する。
第一に、第1レドーム層3aと第2レドーム層4a間に誘電率の低い層(すなわち間隙層6)が設けられていることにより、ミリ波等の電波に対する透過性の向上を図ることができる。第二に、第1レドーム層3aと第2レドーム層4a間に間隙層6が形成されていることにより、レドーム2aの重量の低減を図ることができる。第三に、第1レドーム層3a及び第2レドーム層4aの各々が積層構造を有していることにより、第1レドーム層3a及び第2レドーム層4aの各々の剛性の向上を図ることができる。このため、レドーム2に比して支持部材5の個数を低減してなる構造(不図示)により、又は支持部材5を除去してなる構造(図7参照)により、レドーム2aの重量の低減を図りつつ、レドーム2aの剛性の向上を図ることができる。
また、第1レドーム層3aと第2レドーム層4a間の間隔dが式(1)に基づく値に設定されていることにより、レドーム2aによるミリ波透過率をキャリア周波数f(例えば77GHz)にて極大化することができる。この結果、キャリア周波数fを含む所定の周波数範囲におけるミリ波透過率を向上することができる。このとき、肉厚t3が式(4)に基づく値に設定されており、かつ、肉厚t4が式(5)に基づく値に設定されていることにより、図8〜図9を参照して後述するように、レドーム2に比してミリ波透過率の向上効果が得られる周波数範囲を拡大することができる。
図8〜図9において、特性線VII、特性線VIII、特性線IX及び特性線Xの各々は、レドーム2aによるミリ波透過率を示している。これらのミリ波透過率は、フレネルの式を用いて計算されたものである。なお、これらのミリ波透過率の計算において、誘電損失は無視しており、フレネル損失を計算の対象としている。
特性線VIIに係るレドーム2aにおいては、被覆層7,7,8,8がフェノール樹脂により構成されており、かつ、心材層9,9がガラス繊維強化プラスチックにより構成されている。このフェノール樹脂の比誘電率は2.0であり、このガラス繊維強化プラスチックの比誘電率は4.0である。特性線VIIに係るレドーム2aにおいては、d=1.95mmに設定されている(すなわち、f=77GHzであるところ、n=1かつα=1.0である。)。特性線VIIに係るレドーム2aにおいては、t1=t2=0.97mmに設定されている。特性線VIIに係るレドーム2aにおいては、t3=t4=0.69mmに設定されている(すなわち、f=77GHzかつε=ε=2.0であるところ、β=β=1.0である。)。以下、特性線VIIに係るレドーム2aの構成例を「第7構成例」という。
特性線VIIIに係るレドーム2aにおいては、被覆層7,7,8,8が第7構成例と同様の材料により構成されており、かつ、心材層9,9が第7構成例と同様の材料により構成されている。特性線VIIIに係るレドーム2aにおいては、d=1.95mmに設定されている(すなわち、f=77GHzであるところ、n=1かつα=1.0である。)。特性線VIIIに係るレドーム2aにおいては、t1=t2=0.97mmに設定されている。特性線VIIIに係るレドーム2aにおいては、t3=t4=0.62mmに設定されている(すなわち、f=77GHzかつε=ε=2.0であるところ、β=β=0.9である。)。以下、特性線VIIIに係るレドーム2aの構成例を「第8構成例」という。
特性線IXに係るレドーム2aにおいては、被覆層7,7,8,8が第7構成例と同様の材料により構成されており、かつ、心材層9,9が第7構成例と同様の材料により構成されている。特性線IXに係るレドーム2aにおいては、d=1.95mmに設定されている(すなわち、f=77GHzであるところ、n=1かつα=1.0である。)。特性線IXに係るレドーム2aにおいては、t1=t2=0.97mmに設定されている。特性線IXに係るレドーム2aにおいては、t3=t4=0.76mmに設定されている(すなわち、f=77GHzかつε=ε=2.0であるところ、β=β=1.1である。)。以下、特性線IXに係るレドーム2aの構成例を「第9構成例」という。
図8に示す如く、第7構成例のレドーム2a、第8構成例のレドーム2a及び第9構成例のレドーム2aのうちのいずれのレドーム2aを用いた場合であっても、キャリア周波数fに対するプラスマイナス約20%の周波数範囲、より具体的には70〜84GHzの周波数範囲におけるフレネル損失を5%以下にすることにできる。特に、第7構成例のレドーム2aを用いることにより、当該周波数範囲におけるフレネル損失を2%以下にすることができる。
すなわち、β=1.0である場合はもちろんのこと、式(6)に示す条件を満たす範囲内であれば、β≠1.0であってもミリ波透過率の向上効果が得られるものである。同様に、β=1.0である場合はもちろんのこと、式(7)に示す条件を満たす範囲内であれば、β≠1.0であってもミリ波透過率の向上効果が得られるものである。これは、アンテナ1のメインビーム方向がレドーム層3a,4aの厚さ方向に沿う方向(すなわちZ軸に沿う方向)に設定されている場合はもちろんのこと、当該メインビーム方向が当該厚さ方向に対して多少傾いた方向に設定されている場合であっても、ミリ波透過率の向上効果が得られることを示している。
特性線Xに係るレドーム2aは、第7構成例のレドーム2aに対して肉厚t1,t2の値が異なり、t1=t2=0.49mmに設定されている。以下、特性線Xに係るレドーム2aの構成例を「第10構成例」という。
図9に示す如く、第7構成例のレドーム2aを用いることにより、70〜84GHzの周波数範囲におけるフレネル損失を2%以下にすることができる。これに対して、第10構成例のレドーム2aを用いることにより、当該周波数範囲におけるフレネル損失を1%以下にすることができる。すなわち、第10構成例のレドーム2aを用いることにより、第7構成例のレドーム2aを用いた場合に比して、当該周波数範囲におけるミリ波透過率を更に向上することができる。
なお、心材層9,9の材料は、ガラス繊維強化プラスチック又はクオーツ繊維強化プラスチックなどの繊維強化プラスチックに限定されるものではない。心材層9,9は、これらの繊維強化プラスチックと同程度に小さい誘電損失を有する材料であれば、これらの繊維強化プラスチックと異なる材料を用いたものであっても良い。
また、被覆層7,8の材料は、フッ素樹脂又はフェノール樹脂に限定されるものではない。被覆層7,8は、心材層9の比誘電率よりも小さい比誘電率εを有する材料であって、心材層9を補強する観点並びにレドーム2aの重量の低減及びレドーム2aの剛性の向上を図る観点において適切な材料であれば、如何なる材料を用いたものであっても良い。
また、被覆層7,8の材料は、フッ素樹脂又はフェノール樹脂に限定されるものではない。被覆層7,8は、心材層9の比誘電率よりも小さい比誘電率εを有する材料であって、心材層9を補強する観点並びにレドーム2aの重量の低減及びレドーム2aの剛性の向上を図る観点において適切な材料であれば、如何なる材料を用いたものであっても良い。
また、レドーム2aは、レドーム2と同様の支持部材5を有するものであっても良い。これにより、レドーム2aの剛性を更に向上することができる。ただし、上記のとおり、レドーム2aにおける支持部材5の個数はレドームに2における支持部材5の個数に比して少ないものであっても良い。
そのほか、レーダ装置100aは、実施の形態1にて説明したものと同様の種々の変形例、すなわちレーダ装置100と同様の種々の変形例を採用することができる。例えば、放射波はミリ波に限定されるものではない。また、レーダ装置100aは車載用に限定されるものではない。
以上のように、実施の形態2のレーダ装置100aにおいては、第1レドーム層3a及び第2レドーム層4aの各々が積層構造である。このため、レドーム2に比して支持部材5の個数を低減してなる構造(不図示)により、又は支持部材5を除去してなる構造(図7参照)により、レドーム2aの重量の低減を図りつつ、レドーム2aの剛性の向上を図ることができる。
また、積層構造は、2個の被覆層7,8と、2個の被覆層7,8間に設けられた心材層9と、を有する構造であり、個々の被覆層7,8の肉厚は、電波の4分の1波長に対応する値に設定されている。肉厚t3が式(4)に基づく値に設定されており、かつ、肉厚t4が式(5)に基づく値に設定されていることにより、レドーム2に比してフレネル損失の低減効果が得られる周波数範囲を拡大することができる。
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
本発明のレーダ装置は、例えば、車載用ミリ波レーダに用いることができる。
1 アンテナ、2,2a レドーム、3,3a レドーム層(第1レドーム層)、4,4a レドーム層(第2レドーム層)、5 支持部材、6 間隙層、7 被覆層、8 被覆層、9 心材層、11 基板、12 アンテナ素子、100,100a レーダ装置。

Claims (9)

  1. 電波を放射するアンテナと、前記アンテナ用のレドームと、を備え、
    前記レドームは、第1レドーム層と、前記第1レドーム層と同じ材料及び同じ厚さでかつ対向配置された第2レドーム層と、前記第1レドーム層と前記第2レドーム層間に形成された間隙層と、を有し、
    前記第1レドーム層と前記第2レドーム層間の間隔は、前記電波の2分の1波長の整数倍に対応する値に設定されていることにより、前記レドームによる電波透過率が、前記電波のキャリア周波数にて極大化されている
    ことを特徴とするレーダ装置。
  2. 前記間隔は、前記アンテナによる前記電波の放射方向に対する前記間隔であることを特徴とする請求項1記載のレーダ装置。
  3. 前記電波がミリ波であることを特徴とする請求項1記載のレーダ装置。
  4. 車載用であることを特徴とする請求項1記載のレーダ装置。
  5. 前記第1レドーム層と前記第2レドーム層間に支持部材が設けられていることにより、前記間隙層が形成されていることを特徴とする請求項1から請求項4のうちのいずれか1項記載のレーダ装置。
  6. 前記支持部材は、前記レドームにおける前記電波の通過対象となる領域外に配置されていることを特徴とする請求項5記載のレーダ装置。
  7. 前記第1レドーム層及び前記第2レドーム層の各々が単層構造であることを特徴とする請求項5記載のレーダ装置。
  8. 前記第1レドーム層及び前記第2レドーム層の各々が積層構造であることを特徴とする請求項1から請求項4のうちのいずれか1項記載のレーダ装置。
  9. 前記積層構造は、2個の被覆層と、2個の前記被覆層間に設けられた心材層と、を有する構造であり、
    個々の前記被覆層の肉厚は、前記電波の4分の1波長に対応する値に設定されている
    ことを特徴とする請求項8記載のレーダ装置。
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