JP7005549B2 - レーダ装置、及びレーダ装置の寸法決定方法 - Google Patents
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Description
電波を照射するアンテナと、
前記電波の照射方向を覆う平板状の誘電体から構成されるレドームと、
前記アンテナの周囲に配置され、前記レドームの内側平面により反射された前記電波を再反射する反射平面を有する反射部材と、を備え、
前記レドームの内側平面と前記反射部材の反射平面とは平行に配置され、
予め設定された照射角度の範囲の各前記照射角度における、前記レドームの内側平面と前記反射部材の反射平面との間を多重反射した電波を含む電波の前記レドームの全透過率の中で、最も小さい前記全透過率を最悪透過率とし、
前記レドームの内側平面と前記反射部材の反射平面との間隔は、前記電波の自由空間波長の半波長の1倍、2倍、又は3倍の0.9倍から1.1倍までの範囲内において、前記間隔の変化に対する前記最悪透過率の変化が、上に凸のピーク値になる前記間隔であって、前記電波の自由空間波長の半波長の1倍、2倍、及び3倍からずれた前記間隔に設定されているものである。
実施の形態1に係るレーダ装置1について図面を参照して説明する。図1は、レーダ装置1の概略構成を示す図である。レーダ装置1は、アンテナ2、レドーム3、及び反射部材4を備えている。
<アンテナ2>
アンテナ2は、電波を照射する。本実施の形態では、アンテナ2は、電波としてミリ波を照射する。本実施の形態では、ミリ波は、中心周波数76.5GHz、中心波長は約3.92mmとされている。レーダ装置1は、物体に反射した電波を受信する受信アンテナ(不図示)と、送受信した電波に基づいて、物体の距離、相対速度、方位等を算出する演算処理装置(不図示)と、を備えている。
レドーム3は、アンテナ2を保護するレーダドームであり、電波の照射方向を覆う平板状の誘電体から構成されている。レドーム3は、少なくとも検出角度範囲に照射された電波が当たる部分は、平板状に形成されており、それ以外の部分は、平板状でなくてもよい。
反射部材4は、アンテナ2の周囲に配置され、レドーム3の内側平面により反射された電波を再反射する反射平面を有する。反射部材4は、アンテナ2の背面が固定される平板状の地板導体とされている。地板導体には、電波を反射する金属が用いられる。
<中心角度の透過率及び最大検出角度の透過率の評価>
レドーム3は、その厚さDに応じて、照射角度に対する透過率の特性が変化する。検出角度範囲の全体に亘って透過率を良好にするためには、検出角度範囲の中心角度の透過率と、最大検出角度の透過率とを良好にするとよい。これは、中心角度の透過率と最大検出角度の透過率を良好にすると、中心角度と最大検出角度との間の透過率の悪化が比較的抑制できる傾向となるためである。
レーダ装置1は、反射部材4を備えており、レドーム3の内側平面で反射された電波が、反射部材4の反射平面で再反射されて、レドーム3に再入射する多重反射が生じる。そのため、多重反射により透過率を向上させることができる。一方、多重反射による透過率の向上は、レドーム3の内側平面と反射部材4の反射平面との間隔H(以下、レドームの間隔Hとも称す)に応じて変化する。
図4に、反射部材4とレドーム3との間の多重反射を考慮した場合のレドーム3の透過率の数値演算モデルを示す。ある照射角度θにおける、反射部材4の再反射回数が0回からm回である場合において、各回の再反射後にレドーム3を透過する透過電界ET0~ETmは次式で表せる。
上記の数値演算モデルを用いて、各レドームの間隔Hにおいて、多重反射を考慮した全透過率αを評価する。具体的には、各レドームの間隔Hにおいて照射角度θを0度から最大検出角度(本例では60度)まで変化させ、各照射角度θにおける全透過率αを算出する。そして、検出角度範囲内の各照射角度θの全透過率αの中で、最も悪い全透過率αmin(最も小さい透過率)を抽出する。
レドーム3の内側平面と反射部材4の反射平面との間隔H(レドームの間隔H)は、電波の自由空間波長の半波長λ/2の自然数倍に応じた間隔に設定されている。レドームの間隔Hは、半波長λ/2の自然数倍に完全に一致していなくても、半波長λ/2の自然数倍から±10%の範囲内(λ/2の自然数倍×0.9からλ/2の自然数倍×1.1までの範囲内)であればよい。これは、上述したように、ピーク値が半波長λ/2の自然数倍から多少ずれており、また、±10%程度の範囲内であれば、最悪全透過率αminがピーク値から大きく低下しないためである。この構成によれば、レドーム3の内側平面と反射部材4の反射平面との間の多重反射の干渉による全透過率αの向上効果を最大限に高めることができ、レーダ装置1の検知性能を高めることができる。特に、レドームの間隔Hを、半波長λ/2の1倍、2倍、3倍のいずれかに応じた間隔に設定すれば、全透過率αの向上効果をより高めることができる。
Claims (8)
- 電波を照射するアンテナと、
前記電波の照射方向を覆う平板状の誘電体から構成されるレドームと、
前記アンテナの周囲に配置され、前記レドームの内側平面により反射された前記電波を再反射する反射平面を有する反射部材と、を備え、
前記レドームの内側平面と前記反射部材の反射平面とは平行に配置され、
予め設定された照射角度の範囲の各前記照射角度における、前記レドームの内側平面と前記反射部材の反射平面との間を多重反射した電波を含む電波の前記レドームの全透過率の中で、最も小さい前記全透過率を最悪透過率とし、
前記レドームの内側平面と前記反射部材の反射平面との間隔は、前記電波の自由空間波長の半波長の1倍、2倍、又は3倍の0.9倍から1.1倍までの範囲内において、前記間隔の変化に対する前記最悪透過率の変化が、上に凸のピーク値になる前記間隔であって、前記電波の自由空間波長の半波長の1倍、2倍、及び3倍からずれた前記間隔に設定されているレーダ装置。 - 前記反射部材による再反射回数をmとし、m回の再反射後に前記レドームを透過する透過電界をETmとし、前記照射角度をθとし、前記間隔をHとし、前記反射部材と前記レドームとの間の電波の電波長をLとし、前記照射角度に応じて変化する前記レドームの透過率をTとし、前記照射角度に応じて変化する前記レドームの反射率をRとし、前記アンテナから照射された電波の前記照射角度における電界成分をE0とし、指数関数をexp()とし、虚数をjとし、単位長さ当たりの電波の波数をk0とし、真空中の電波の波長をλ0とし、
各前記照射角度における前記全透過率は、
前記透過電界、及び前記電界成分の単位は、〔V/m〕であり、
前記間隔、前記電波長、及び前記波長の単位は、〔mm〕である請求項1に記載のレーダ装置。 - 前記レドームの厚さは、前記レドームの内側平面の垂直方向に照射された電波成分の前記レドームの透過率である中心角度透過率と、検出角度範囲の中で前記垂直方向に対して最も傾斜した角度である最大検出角度の方向に照射された電波成分の前記レドームの透過率である最大角度透過率と、の差が、目標透過率差以下になる厚さに設定されている請求項1又は2に記載のレーダ装置。
- 前記レドームの厚さは、前記中心角度透過率と前記最大角度透過率とが一致する厚さに設定されている請求項3に記載のレーダ装置。
- レーダ装置の寸法決定方法であって、
前記レーダ装置は、電波を照射するアンテナと、前記電波の照射方向を覆う平板状の誘電体から構成されるレドームと、前記アンテナの周囲に配置され、前記レドームの内側平面により反射された前記電波を再反射し、前記レドームの内側平面と平行に配置された反射平面を有する反射部材と、を備え、
前記レドームの内側平面と前記反射部材の反射平面との間隔の設定可能な範囲の各前記間隔において、予め設定された照射角度の範囲の各前記照射角度について、前記レドームの内側平面と前記反射部材の反射平面との間を多重反射した電波を含む電波の前記レドームの全透過率を算出し、各前記照射角度の前記全透過率の中で、最も小さい前記全透過率を最悪透過率として算出する最悪透過率算出ステップと、
前記電波の自由空間波長の半波長の1倍、2倍、又は3倍の0.9倍から1.1倍までの範囲内において、前記間隔の変化に対する前記最悪透過率の変化が、上に凸のピーク値になる前記間隔であって、前記電波の自由空間波長の半波長の1倍、2倍、及び3倍からずれた前記間隔を、最終的な前記間隔として決定する間隔決定ステップと、
を備えたレーダ装置の寸法決定方法。 - 前記最悪透過率算出ステップでは、
前記反射部材による再反射回数をmとし、m回の再反射後に前記レドームを透過する透過電界をETmとし、前記照射角度をθとし、前記間隔をHとし、前記反射部材と前記レドームとの間の電波の電波長をLとし、前記照射角度に応じて変化する前記レドームの透過率をTとし、前記照射角度に応じて変化する前記レドームの反射率をRとし、前記アンテナから照射された電波の前記照射角度における電界成分をE0とし、指数関数をexp()とし、虚数をjとし、単位長さ当たりの電波の波数をk0とし、真空中の電波の波長をλ0とし、
各前記間隔において、
前記透過電界、及び前記電界成分の単位は、〔V/m〕であり、
前記間隔、前記電波長、及び前記波長の単位は、〔mm〕である請求項5に記載のレーダ装置の寸法決定方法。 - 前記レドームの内側平面の垂直方向に照射された電波成分の前記レドームの透過率である中心角度透過率と、検出角度範囲の中で前記垂直方向に対して最も傾斜した角度である最大検出角度の方向に照射された電波成分の前記レドームの透過率である最大角度透過率と、の差が、目標透過率差以下になるように、前記レドームの厚さを決定するレドーム厚決定ステップを更に備え、
前記レドーム厚決定ステップは、前記最悪透過率算出ステップの前に実行される請求項5又は6に記載のレーダ装置の寸法決定方法。 - 前記レドーム厚決定ステップでは、前記中心角度透過率と前記最大角度透過率とが一致するように、前記レドームの厚さを決定する請求項7に記載のレーダ装置の寸法決定方法。
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JP2019062258A JP7005549B2 (ja) | 2019-03-28 | 2019-03-28 | レーダ装置、及びレーダ装置の寸法決定方法 |
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