WO2014010502A1 - レーダ装置 - Google Patents

Abstract

　装置の小型化を妨げることなく、所望の指向性を実現可能なレーダ装置（１）を提供する。レーダ装置（１）において、レーダ波の送信及び受信のうち少なくとも一方を行うアンテナ部（６２）は、レドーム（２０）により保護されている。アンテナ部（６２）と対向するレドーム（２０）の対向面（３７）には、レドーム（２０）により形成されるレドーム空間（１８）に向かって対向面（３７）から突出する壁部（４１）が設けられている。壁部（４１）は、対向面（３７）に対してアンテナ部（６２）のアンテナ開口面を該アンテナ開口面の法線方向に投影した部位を開口投影部（３９）として、該開口投影部（３９）の外周の少なくとも一部に沿うように形成されている。

Description

レーダ装置

　本発明は、アンテナ及び該アンテナを保護するレドームを備えるレーダ装置に関する。

　レーダ装置は、電波を送信し、送信した電波の反射波を受信することによって周囲に存在する障害物との距離や方向等を検出する装置である。レーダ装置に備えられているアンテナはレドームによって保護されている。

　このようなレーダ装置として、レドームに減衰レドーム部を備えたものが知られている（特許文献１参照）。特許文献１に記載の減衰レドーム部は、アンテナにより送受信される電波（以下、レーダ波と称する）に対して高損失を与える材料で形成されたコア層を有し、減衰レドーム部を介した方向における電波の放射を低減させる。

特開２００３－２４３９２０号公報

　しかしながら、特許文献１に記載の減衰レドーム部は、コア層の厚さに比例して電波の減衰率が増加するため、所望の指向性を実現するために電波の放射を十分減衰させることが必要な場合、コア層を厚く形成しなくてはならないという問題があった。すなわち、装置の小型化が妨げられる虞があった。

　本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、装置の小型化を妨げることなく、所望の指向性を実現可能なレーダ装置を提供できることが望ましいであろう。

　本発明の例示的な実施形態によるレーダ装置は、レーダ波の送信及び受信のうち少なくとも一方を行うアンテナと、レーダ波を透過させるレドームと、壁部とを備える。該壁部は、アンテナと対向するレドームの面（対向面）に設けられている。壁部は、対向面からレドームにより形成される空間に向かって突出するとともに、対向面にアンテナ開口面を該アンテナ開口面の法線方向に向かって投影した開口投影部の外周の少なくとも一部に沿うように形成されている。

　具体的には、上記壁部は、開口投影部の外周に沿って断続的に形成されていてもよく、あるいは態様によっては、開口投影部の外周を囲むように形成されていてもよい。または、上記壁部は、レーダ波を抑制する方向にだけ設けられていてもよい。

　このようなレーダ装置によれば、アンテナによって形成される指向性パターンのうち、アンテナ開口面の法線方向から外れた方向に形成されるサイドローブの値を、壁部によって減少させることができる。また、該壁部は、レドームの内側に設けられているため、レーダ装置の外形形状（サイズ）に影響を及ぼすことがない。したがって、装置の小型化を妨げることなく、所望の指向性を実現することができる。

　また、上記レーダ装置では、態様によっては、上記壁部は、開口投影部から該開口投影部の外部を向く方向に、間隔を隔てて配置された複数の壁体からなるように構成することができる。壁体を複数設けることにより、壁部による減衰量を増やすことができる。

　さらにまた、上記レーダ装置では、態様によっては、上記壁体のうち少なくとも一つは、該壁体内での前記レーダ波の波長の四分の一を２ｎ－１倍（但し、ｎは自然数）した厚さを有する第一壁体からなるように構成することができる。

　このようなレーダ装置では、例えばアンテナからレドームを介してレーダ波を送信する場合、第一壁体をそのまま透過する送信波と、第一壁体での多重反射後に該第一壁体を透過する送信波とは、第一壁体内でのレーダ波の波長の二分の一の整数倍の経路差があり、二分の一波長だけ位相がずれたものとなる。このため、両送信波は互いに打消しあうように作用する。

　これにより、第一壁体からなる壁部を経て送信されるレーダ波を、効率よく減衰させることができる。なお、壁部が複数の第一壁体からなる場合、レーダ波の減衰効果をより向上させることができる。

本発明の第一実施形態のレーダ装置を示す斜視図である。 図１のＩＩ－ＩＩ線における上記レーダ装置の断面図である。 図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線における上記レーダ装置の断面図である。 第一壁体を透過するレーダ波の経路の一例を示す説明図である。 （ａ）はアンテナ部の合成指向性を示す説明図であり、（ｂ）は壁部を設けたことにより変化したアンテナ部の合成指向性を示す説明図である。 本発明の第二実施形態のレーダ装置の構成を示す説明図である。 第二壁体を透過するレーダ波の経路の一例を示す説明図である。 壁体を設けたことにより生じる反射波の影響を受けたときのアンテナ部の合成指向性を示す説明図である。 （ｉ）に記載された他の実施形態のレーダ装置の壁部の構成を示す説明図である。 （ｉｉｉ）に記載された他の実施形態のレーダ装置の壁部の構成を示す説明図である。 （ｉｖ）に記載された他の実施形態のレーダ装置のレドームを本体側から見た様子を示す説明図である。 （ａ）から（ｄ）は、（ｖ）に記載された他の実施形態のレーダ装置のレドームを本体側から見た様子を示す説明図である。 （ｖｉ）に記載された他の実施形態のレーダ装置の壁部及び第三壁体の構成を示す説明図である。

　以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
　［第一実施形態］
　＜構成＞
　図１に示す第一実施形態のレーダ装置１は、車両に搭載され、予め定められた周波数ｆ０の電波（以下、レーダ波と称する）を送信し、物標からのレーダ波の反射波を受信することで、車両の周囲に存在する物標を認識する。

　レーダ装置１は、アンテナが形成された回路基板を有し、レーダ波を送受信して車両の周囲に存在する物標を認識するレーダ部５０と、レーダ部５０を収容する本体１０と、本体１０に装着され、本体１０に収容されたレーダ部５０の回路基板６０を保護するレドーム２０とを備える。

　図２に示すように、回路基板６０は、一方の面に、レーダ波を送信する送信アンテナ部６４及びレーダ波を反射した物標からの反射波を受信する受信アンテナ部６６が形成されている。回路基板６０は、両アンテナ部６４、６６が形成された面（以下、「アンテナ形成面」という）が本体１０の開口部にてレドーム２０側に露出するように配置されている。以下、各アンテナ部６４、６６を識別しない場合、両者をまとめて単にアンテナ部６２という。

　アンテナ部６２は、送信アンテナ部６４の指向性と受信アンテナ部６６の指向性とを合成した性能（合成指向性）を有する。この合成指向性は、両アンテナ部６４、６６が形成されている領域（以下、「アンテナ開口面」という）に対して法線方向（図２の矢印ａの方向）に延び、法線方向ａについて左右対称な形状となっている。以下では、法線方向ａをアンテナ部６２のビーム方向ａという。ビーム方向ａは図１に示すｚ座標の方向に相当する。

　レドーム２０は、低損失でレーダ波を透過させる材料である透過材で形成されている。レドーム２０にて回路基板６０と対向する部位、すなわちアンテナ部６２のビーム方向ａに位置する部位を正面部３５として、正面部３５の厚さｔ１は、下記の式（１）に示すように、透過材中を伝播するレーダ波の波長の二分の一の値に設定されている。

　λ_０は自由空間を伝播するレーダ波の波長であり、ε_１は透過材の誘電率を表す。
　正面部３５にて回路基板６０と対向する面（以下、「対向面」という）３７には、レドーム２０により形成される空間（以下、「レドーム空間」という）１８に向かって突出するように形成された第一壁体５１、５２からなる壁部４１が設けられている。

　第一壁体５１、５２は、レドーム２０と同じ透過材により形成され、対向面３７にアンテナ開口面を法線方向ａに投影した部位（以下、「開口投影部」という）３９の外周を囲むように形成されている（図２、３参照）。第一壁体５１、５２の厚さｔｗ１、ｔｗ２は、下記の式（２）に示すように、透過材中を伝播するレーダ波の波長の四分の一を２ｎ－１倍（ただし、ｎは自然数）した値ｔ２に設定される（但し本実施形態では、厚さｔｗ１、ｔｗ２は、式（２）にてｎ＝１としたときの値に設定されている）。

　また、第一壁体５１、５２は、開口投影部３９から該開口投影部３９の外部を向く方向に、予め定められた間隔ｔｔ１を隔てて配置されている。間隔ｔｔ１は、下記の式（３）に示すように、レドーム空間１８中を伝播するレーダ波の波長の四分の一を２ｎ－１倍（ただし、ｎは自然数）した値ｔ３に設定される（但し本実施形態では、間隔ｔｔ１は、式（３）にてｎ＝１としたときの値に設定されている）。

　ε_２はレドーム空間１８での誘電率を表している。
　さらに、第一壁体５２は、レドーム２０の側壁３３との間隔ｔｔ２が間隔ｔｔ１と同じ値になるように配置されている。

　第一壁体５１、５２の対向面３７からの突出量（高さ）は、第一壁体５１、５２の先端部が回路基板６０のアンテナ形成面にできるだけ近づくように設定されることが望ましい。本実施形態では、第一壁体５１、５２は、同じ高さに形成されており、その高さは、先端部とアンテナ形成面との間隔Ｐ（図２参照）がレドーム空間１８中を伝播するレーダ波の波長の四分の一の値以下となるような値に設定されている。

＜作用＞
　次に、レーダ波がアンテナ部６２からレドーム２０を経てレーダ装置１の外部へ送信される場合を例にとって、壁部４１の作用を説明する。以下では、図４に示すように、第一壁体５１、５２の間を第一空気層８２という。また、第一壁体５２とレドーム２０の側壁３３との間を第二空気層８４という。

　レドーム空間１８、第一壁体５１、第一空気層８２、第一壁体５２、及び第二空気層８４を経て外部へ送信されるレーダ波の経路は種々考えられるが、ここでは例として、第一壁体５１に入射し、第一壁体内で反射されること無くそのまま第一壁体５１から出射される経路を第１経路７１とする。また、第一壁体５１に入射し、第一壁体５１と第一空気層８２との境界及び第一壁体５１とレドーム空間１８との境界で反射された後、第一壁体５１から出射される経路、すなわち第一壁体５１で多重反射される経路を第２経路７２とする。

　さらにまた、第一空気層８２に出射され、第一空気層８２で反射されること無くそのまま第一壁体５２に入射する経路を第３経路７３とする。また、第一空気層８２に出射され、第一空気層８２と第一壁体５２との境界及び第一空気層８２と第一壁体５１との境界で反射された後、第一壁体５２に入射する経路、すなわち第一空気層８２で多重反射された経路を第４経路７４とする。

　ここで、第一壁体５１に同位相で入射したレーダ波のうち、第１経路７１を経て第一壁体５１から出射されるレーダ波と、第２経路を経て第一壁体５１から出射されるレーダ波とでは、第一壁体５１でのレーダ波の波長の二分の一の値の経路差が生じる。すなわち、これらのレーダ波は、二分の一波長だけ位相がずれたものとなるため、互いに打消しあうように作用する。

　同様に、同位相で第一空気層８２に出射されたレーダ波のうち、第３経路７３及び第４経路７４を経て第一壁体５２へ入射するレーダ波においても、第一空気層８２におけるレーダ波の波長の二分の一の値の経路差が生じ、これらのレーダ波は互いに打消しあうように作用する。

　ここでは第１経路７１～第４経路７４について例を挙げて説明したが、その他、レーダ波がアンテナ部６２から壁部４１を経てレーダ装置１の外部へ送信される種々の経路において、上記のようにレーダ波同士の経路差が波長の二分の一の値となる場合、または該波長の二分の一の奇数倍となる場合に、これらのレーダ波同士が互いに打ち消し合うように作用する。

　＜効果＞
　以上説明したように、本実施形態のレーダ装置１では、第一壁体５１、５２を透過するレーダ波同士が経路差によって互いに打ち消し合う状態が生じるように、第一壁体５１、５２からなる壁部４１を設けたため、アンテナ部６２のビーム方向ａから外れた方向へのレーダ波を減衰させることができる。具体的には、例えば図５（ａ）に示すように、アンテナ部６２がメインローブＭ１及びサイドローブＳ１、Ｓ２からなる合成指向性を有する場合、壁部４１を備えることによって、同図５（ｂ）に示すように、アンテナ部６２のビーム方向ａから外れた方向に形成されるサイドローブＳ１、Ｓ２を抑制することができる。

　なお、壁部４１は、レドーム２０の内側に設けられているため、レーダ装置１の外形形状（サイズ）に影響を及ぼすことがない。したがって、レーダ装置１の小型化を妨げることなく、所望の指向性を実現することができる。

　また、開口投影部３９から該開口投影部３９の外部を向く方向に、間隔ｔｔ１を値ｔ３に設定して、さらに第一壁体を配置して壁部４１を構成してもよい。第一壁体の数を増やすことにより、ビーム方向ａから外れた方向に形成されるサイドローブＳ１、Ｓ２をさらに抑制することができる。

　さらにまた、第一空気層８２を透過するときの経路差によってレーダ波同士が互いに打ち消し合う状態が生じるように、隣接する第一壁体５１及び第一壁体５２の間隔を設定したため、アンテナ部６２のビーム方向ａから外れた方向へのレーダ波を効率よく減衰させることができる。

　また、壁部４１はレドーム２０を形成する材料と同じ材料で形成されるため、壁部４１とレドーム２０とを同じ工程で製造することができる。つまり、製造工程を簡略化することができる。

　［第二実施形態］
　次に、本発明の第二実施形態のレーダ装置２について説明する。
　なお、図６に示すレーダ装置２は、壁部４３の構成が、第一実施形態のレーダ装置１のように第一壁体からなるものではなく、第一壁体５２と、第一壁体５２とは厚さの異なる第二壁体５３とからなるものであるため、この相違する部分を中心に説明する。

　＜壁部の構成＞
　壁部４３は、第一壁体５２と、第一壁体５２より開口投影部３９に近い側に配置された第二壁体５３とからなる。第二壁体５３は、下記の式（４）に示すように、第二壁体５３中を伝播するレーダ波の波長の二分の一の値を２ｎ－１倍（但し、ｎは自然数）した厚さｔ４を有する（但し、本実施形態では、第二壁体５３の厚さｔｗ３を式（４）にてｎ＝１としたときの値に設定している）。

　＜作用＞
　アンテナ部６２から壁部４３を経て外部へ送信されるレーダ波の経路として、例えば図７に示すように、第二壁体５３の表面で反射され、レドーム空間１８に戻る経路を第５経路７５とする。また、第二壁体５３に入射し、第二壁体５３と第一空気層８２との境界で反射され、レドーム空間１８に戻る経路を第６経路７６とする。

　ここで、同位相で第二壁体５３の表面に到達するレーダ波のうち、第５経路７５による反射波では二分の一波長に相当する位相のずれが生じ、第６経路７６による反射波では一波長に相当する位相のずれが生じる。つまり、第５経路７５及び第６経路７６により生じる反射波は、互いに打ち消し合うように作用する。

　また、経路を図示していないが、第二壁体５３、第一空気層８２、第一壁体５２、及び第二空気層８４を経てレーダ装置２の外部へ送信されるレーダ波は、これらの壁体及び空気層にて減衰する。

　＜効果＞
　以上説明したように、レーダ装置２では、異なる厚さの第一壁体及び第二壁体からなる壁部４３を設けたことにより、レドーム空間１８へ戻される反射波同士を経路差によって互いに打ち消し合わせるとともに、外部へ送信されるレーダ波を減衰させることができる。

　ところで、レドーム２０の対向面３７に第一壁体または第二壁体を設けると、これらの壁体を設けたことにより生じるレドーム空間１８への反射波がアンテナ部６２の合成指向性に影響を及ぼし、結果としてメインローブＭ２に乱れを生じさせることがある（図８参照）。

　本実施形態によると、このような場合であっても、開口投影部３９の少なくとも最も近くに第二壁体５３が配置されているため、レドーム空間１８への反射波が低減され、メインローブＭ２に生じる乱れを抑制することができる。

　＜他の実施形態＞
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において様々な態様にて実施することが可能である。

　（ｉ）上記第一実施形態では、対向面３７からの第一壁体５１、５２の高さが同じ値に設定されていたが、本発明はこれに限定されるものではない。代わりに、例えば、図９に示すレーダ装置３の壁部４５のように、開口投影部３９に近い側に位置する第一壁体５５の高さを、第一壁体５２の高さと比べて小さい値に設定してもよい。これにより、上記第二実施形態と同様に、壁体を設けたことにより生じるレドーム空間１８への反射波を低減することができる。

　（ｉｉ）上記第一実施形態では、第一壁体５１、５２はレドーム２０を形成する材料と同じ材料で形成されていたが、本発明はこれに限定されるものではない。代わりに、例えば、図１０に示すレーダ装置４のように、レドーム２０を形成する透過材とは誘電率が異なり、かつ高損失でレーダ波を透過させる材料により第一壁体５７、５８を形成し、これらによって壁部４７を構成してもよい。これにより、レーダ波が第一壁体５７、５８を透過するときの減衰量を増加させることができる。

　（ｉｉｉ）上記第一実施形態では、第一壁体５１、５２のそれぞれの厚さｔｗ１、ｔｗ２を、透過材中を伝播するレーダ波の波長の四分の一の値に設定していた。この値は式（２）にてｎ＝１とした場合の値であるが、ｎは任意に定めた値（自然数）に設定してよい。

　同様に、上記第一及び二実施形態では、第一空気層８２の間隔ｔｔ１の値は、式（３）にて、ｎを任意に定めた値（自然数）に設定してよい。
　また同様に、上記第二実施形態では、第二壁体の厚さｔｗ３の値は、式（４）にて、ｎを任意に定めた値（自然数）に設定してよい。

　（ｉｖ）上記第一実施形態では、第一壁体５１、５２は、開口投影部３９の外形を囲む連続した壁状に形成されていたが、本発明はこれに限定されるものではない。代わりに、例えば、第一壁体５１、５２は、図１１に示すように、複数の部分壁体６９からなる構成であってもよい。

　（ｖ）また、上記第一実施形態では、第一壁体は、開口投影部３９の外形を囲む壁状であったが、本発明はこれに限定されるものではない。代わりに、例えば、開口投影部３９の外周の少なくとも一部に沿うように形成されていてもよい。具体的には、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、第一壁体９１ａ、９２ｂ及び９１ｂ、９２ｂは、開口投影部３９の向かい合う一組の辺に沿って設けられた部分壁体６９からなる構成であってもよい。つまり、第一壁体は、開口投影部３９の外周に沿って断続的に形成されていてもよい。

　さらにまた、図１２（ｃ）、（ｄ）に示すように、第一壁体９１ｃ、９２ｃ及び９１ｄ、９２ｄは、開口投影部３９の向かい合う一組の辺に一部が沿うように設けられた部分壁体６９からなる構成であってもよい。

　また、図示していないが、第一壁体は、レーダ波を抑制する方向にだけ設けられていてもよい。
　上記第二実施形態についても、同様の代替形態が可能である。

　（ｖｉ）上記第一実施形態では、レドーム２０の対向面３７に、第一壁体５１、５２からなる壁部４１が設けられていた。これに加えて、図１３に示すように、レーダ装置５のレドーム２０の側壁３３に、レドーム空間１８に向かって突出するように形成された第三壁体５９を設けてもよい。第三壁体５９は、例えば、レドーム２０と同じ透過材で形成され、側壁３３からの高さが、透過材中を伝播するレーダ波の波長の四分の一の値を２ｎ－１倍（ただし、ｎは自然数）した値に設定される。第三壁体５９は、法線方向ａを上下方向として、この上下方向において回路基板６０にできるだけ近い部位に設けられることが望ましい。これにより、回路基板６０に沿う方向についても、外部に送信されるレーダ波を抑制することができる。

１・・・レーダ装置
１０・・・本体
２０・・・レドーム
３７・・・対向面
３９・・・開口投影部
４１、４３、４５、４７・・・壁部
５１、５２・・・第一壁体
５３、９２・・・第二壁体
５５、５８、５７、９１・・・第一壁体
６２・・・アンテナ部

Claims (11)

1. 　予め定められた周波数の電波からなるレーダ波の送信及び受信のうち少なくとも一方を行うアンテナ（６２）と、
   　前記レーダ波を透過させるレドーム（２０）と、
   　前記アンテナと対向する前記レドームの面を対向面（３７）とし、該対向面に前記アンテナの開口面を該開口面の法線方向に投影した部位を開口投影部（３９）として、前記レドームにより形成される空間に向かって前記対向面から突出し、前記開口投影部の外周の少なくとも一部に沿う壁部（４１、４３、４５、４７、９１、９２）と、
   　を備えることを特徴とするレーダ装置。
2. 　前記壁部（４１、４３、４５、４７）は、前記開口投影部の外周を連続的に囲むように形成されていること、を特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
3. 　前記壁部（４１、４３、４５、４７）は、前記開口投影部から該開口投影部の外部を向く方向に、間隔を隔てて配置された複数の壁体（５１、５２、５３、５５、５８、５７）からなることを特徴とする請求項１及び２に記載のレーダ装置。
4. 　前記壁体のうち少なくとも一つは、該壁体内での前記レーダ波の波長の四分の一を２ｎ－１倍（但し、ｎは自然数）した厚さを有する第一壁体（５１、５２、５５、５８、５７）からなることを特徴とする請求項３に記載のレーダ装置。
5. 　前記壁体のうち少なくとも一つは、該壁体内での前記レーダ波の波長の二分の一を２ｎ－１倍（但し、ｎは自然数）した厚さを有する第二壁体（５３）からなることを特徴とする請求項３または４に記載のレーダ装置。
6. 　前記壁体は、該壁体内での前記レーダ波の波長の四分の一を２ｎ－１倍（但し、ｎは自然数）した厚さを有する少なくとも一つの第一壁体（５２）と、該壁体内での前記レーダ波の波長の四分の一を２ｎ－１倍（但し、ｎは自然数）した厚さを有する少なくとも一つの第二壁体（５３）とを備え、
   　前記第二壁体は、前記第一壁体より、前記開口投影部に近い側に配置されることを特徴とする請求項３に記載のレーダ装置。
7. 　前記壁体（５１、５２、５３、５５、５７、５８）は、隣接する前記壁体との間隔が前記レドームにより形成される空間内での前記レーダ波の波長の四分の一を２ｎ－１倍（但し、ｎは自然数）した値となるように配置されていることを特徴とする請求項３から６のいずれか一項に記載のレーダ装置。
8. 　前記壁体（５５）は、該壁体によって反射される前記レーダ波を抑制するように、前記対向面からの突出量が設定されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のレーダ装置。
9. 　少なくとも前記開口投影部の最も近くに配置されている前記壁体（５５）は、隣接する前記壁体（５２）と比べて、前記対向面からの突出量が小さく設定されていることを特徴とする請求項８に記載のレーダ装置。
10. 　前記壁体（５１、５２、５３、５５）は、前記レドームを形成する材料と同じ材料で形成されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載のレーダ装置。
11. 　前記壁体（５７、５８）は、前記レドームを形成する材料と比べて電波をより減衰させる材料で形成されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載のレーダ装置。

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