WO2019131657A1 - アンテナ装置 - Google Patents

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WO2019131657A1
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receiving
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receiving antenna
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一浩 青木
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株式会社デンソー
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    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
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    • H01Q1/3208—Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the application wherein the antenna is used
    • H01Q1/3233—Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the application wherein the antenna is used particular used as part of a sensor or in a security system, e.g. for automotive radar, navigation systems
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    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
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    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
    • H01Q21/065—Patch antenna array

Definitions

  • the present disclosure relates to an antenna apparatus that realizes a plurality of types of array antennas having different reception antenna intervals.
  • Patent Document 1 by arranging two transmitting antennas at a distance from each other and arranging a plurality of receiving antennas between these transmitting antennas, it is possible to secure a channel twice as many as the number of receiving antennas in a small area.
  • a channel refers to a path from one of the transmitting antennas to the object to be detected to reach one of the receiving antennas.
  • Patent Document 1 has the following problems.
  • One aspect of the present disclosure is to provide an antenna apparatus that realizes a plurality of types of array antennas having different reception antenna intervals with a simple configuration.
  • An antenna apparatus includes a plurality of transmitting antennas, a first receiving antenna, and a plurality of second receiving antennas.
  • the plurality of transmitting antennas are arranged along a preset arrangement direction at preset reference intervals.
  • the first receiving antenna has an opening width in the arrangement direction set to a first width narrower than the reference interval.
  • the plurality of second receiving antennas have a second width such that the opening width in the arrangement direction is equal to or less than the first width, and are arranged along the arrangement direction at an interval smaller than the reference interval.
  • the spacing between the center position of the first receiving antenna and the phase center of the second receiving antenna closest to the first receiving antenna among the plurality of second receiving antennas in the arrangement direction corresponds to the reference spacing.
  • the length is set to be equal to or more than the number obtained by subtracting 1 from the number of.
  • a virtual array formed by the plurality of transmitting antennas and the plurality of second receiving antennas, and a virtual array of virtual receiving antennas formed by the plurality of transmitting antennas and the first receiving antenna Different directivity can be realized by a virtual array with different receiving antennas.
  • the former virtual array has a relatively narrow antenna arrangement interval, and the latter virtual array has a relatively wide antenna arrangement interval. That is, two types of virtual arrays with different grating lobes can be realized with the same size as in the prior art.
  • the radar device 1 according to the first embodiment shown in FIG. 1 is mounted on a vehicle and used to detect various objects present around the vehicle.
  • the radar device 1 is a MIMO radar that simultaneously transmits and receives radio waves using a plurality of antennas.
  • MIMO is an abbreviation for Multi Input Multi Output.
  • the radar device 1 includes the antenna device 2 of the present embodiment.
  • the radar device 1 may further include a transmitting / receiving unit 3 and a processing unit 4.
  • the antenna device 2 has, as shown in FIG. 2, three transmitting antennas 21-23 and four receiving antennas 24-27.
  • the number of transmitting antennas and the number of receiving antennas are not limited to these, and each may be two or more.
  • Each of the antennas 21 to 27 is realized by, for example, a copper foil pattern formed on a dielectric substrate.
  • the three transmitting antennas 21 to 23 are arranged in a line along a preset arrangement direction at a preset reference interval D.
  • this arrangement direction is referred to as the x-axis direction
  • the direction orthogonal to the arrangement direction is referred to as the y-axis direction.
  • Each of the transmitting antennas 21 to 23 has the same shape and the same size.
  • the four receiving antennas 24 to 27 have the same aperture width in the y-axis direction.
  • the two receiving antennas 26 and 27 are set to a first width W1 in which the opening width in the x-axis direction is narrower than the reference interval D.
  • the receiving antenna 27 is disposed at a position where the receiving antenna 26 is shifted in the x-axis direction by the reference interval D and shifted in the y-axis direction by the preset vertical interval V.
  • the other two receiving antennas 24 and 25 are set to a second width W2 in which the opening width in the x-axis direction is narrower than the first width W1.
  • the receiving antenna 25 is disposed at a position where the receiving antenna 24 is shifted in the x-axis direction by a preset interval d.
  • the second width W2 and the distance d are set such that the circumscribed figures of the two receiving antennas 24 and 25 have the same shape and the same size as the receiving antennas 26 and 27. That is, the aperture width in the x-axis direction and y-axis direction of the combined antenna (hereinafter, combined antenna 24-25) by the two receiving antennas 24 and 25 has the same size as the other two receiving antennas 26 and 27.
  • the receiving antenna 26 is disposed at a position where the combined antenna 24-25 is shifted in the x-axis direction by an interval 3D obtained by multiplying the reference interval D by the number of transmitting antennas.
  • the transmitting antennas 21-23 are arranged at positions shifted in the y-axis direction from the receiving antennas 24-27 so as not to overlap any of the receiving antennas 24-27. Further, in the transmitting antennas 21 to 23, the positions of the phase centers of the transmitting antennas 21 to 23 in the x-axis direction are all positioned between the phase center of the receiving antenna 25 and the phase center of the receiving antenna 26. Be placed. That is, the distance between the phase center of the receiving antenna 25 and the phase center of the receiving antenna 26 is set larger than 2D.
  • the phase center is a point virtually regarded as a concentration point of radio waves in the radiation or incidence of radio waves.
  • the antenna has a symmetrical shape such as a rectangle, a circle, etc., the phase center substantially coincides with the barycentric position of the antenna.
  • the transmitting antennas 21 to 23 and the receiving antennas 24 and 25 whose opening width in the x-axis direction is set to the second width W2 are a plurality of patch antennas P arranged in one row along the y-axis direction, and each patch antenna And a feed line L wired so as to feed in-phase to each other.
  • the receiving antennas 26 and 27 whose opening width in the x-axis direction is set to the first width W1 have a structure in which the patch antennas P are arranged in two lines and the feeding lines L are commonly connected.
  • M M ⁇ N virtual arrays formed by M transmit antennas and N receive antennas will be described with reference to FIGS. 4 and 5.
  • the signal transmitted from TX1 and received by RX1 is expressed by equation (1).
  • a signal transmitted from TX1 and received by RX2 is expressed by equation (2).
  • a signal transmitted from TX2 and received by RX1 is expressed by equation (3).
  • a signal transmitted from TX2 and received by RX2 is expressed by equation (4).
  • the signals transmitted from one transmitting antenna are received by four receiving antennas arranged so that their arrangement intervals are d R , d T and d T + d R. Equivalent to the case of Such virtual receiving antennas arranged in this way are called virtual arrays.
  • a virtual array having 12 virtual reception antennas can be obtained by combining the three transmission antennas 21 to 23 and the four reception antennas 24 to 27. .
  • the virtual receiving antennas 24 and 25 are channels CH1 and CH2 and the receiving antennas 24 and 25 are shifted by the distance D
  • the virtual receiving antennas are shifted to the channels CH3 and CH4 and further shifted by the distance D.
  • Certain virtual receiving antennas are referred to as channels CH5 and CH6.
  • a virtual reception antenna at a position where the reception antenna 26 is shifted by a distance D by a distance CH and a virtual reception antenna at a position where the reception antenna 26 is shifted by a distance D is called a channel CH9. .
  • a virtual reception antenna at a position where the reception antenna 27 is shifted by a distance D and a virtual reception antenna at a position where the reception antenna 27 is shifted by a distance D is called a channel CH12.
  • the receiving antenna 26 corresponds to a first receiving antenna
  • the receiving antennas 24 and 25 correspond to a second receiving antenna
  • the receiving antenna 27 corresponds to an additional receiving antenna.
  • the channels CH1 to CH6 form a 6-element equidistant array (hereinafter referred to as an MRR array) arranged at an interval d in the x-axis direction.
  • an MRR array 6-element equidistant array
  • a combined antenna formed by a set of channels CH1 and CH2, a set of channels CH3 and CH4, and a set of channels CH5 and CH6 is channels CH1-2, CH3-4 and CH5-6.
  • channels CH1-2, CH3-4, CH5-6, and CH7 to CH9 form a six-element equidistant array (hereinafter referred to as LRR array) arranged at an interval D in the x-axis direction. .
  • the set of channels CH8 and CH10 and the set of channels CH9 and CH11 respectively form an array of two elements (hereinafter referred to as a vertical array) arranged at an interval V in the y-axis direction.
  • the transmission / reception unit 3 supplies a transmission signal to each of the transmission antennas 21-23.
  • the transmission / reception unit 3 modulates each transmission signal by Doppler division multiplexing (hereinafter, DDMA).
  • DDMA Doppler division multiplexing
  • the DDMA scheme is a modulation scheme for enabling identification of individual signals from a reception signal on which a plurality of signals simultaneously transmitted from a plurality of transmission antennas are superimposed.
  • the DDMA scheme is a technique used in, for example, a MIMO radar.
  • the transmitting / receiving unit 3 mixes the local signal with each of the reception signals supplied from the respective reception antennas 24 to 27 using the transmission signal as a reference among the transmission signals described above as the local signal. Is generated and supplied to the processing unit 4.
  • the processing unit 4 includes a microcomputer having a CPU 41 and a semiconductor memory (hereinafter, memory 42) such as, for example, a RAM or a ROM. Each function of the processing unit 4 is realized by the CPU 41 executing a program stored in a non-transitional tangible recording medium.
  • the memory 42 corresponds to a non-transitional tangible storage medium storing a program. Also, by executing this program, a method corresponding to the program is executed.
  • the processing unit 4 may include one microcomputer or a plurality of microcomputers.
  • the processing unit 4 executes at least a target detection process.
  • the method of realizing each function of the processing unit 4 is not limited to software, and part or all of the functions may be realized using one or more hardware.
  • the electronic circuit may be implemented by a digital circuit, an analog circuit, or a combination thereof.
  • the processing unit 4 first performs radar measurement by operating the transmission / reception unit 3 in S110, and acquires sampling data of beat signals supplied from each of the receiving antennas 24-27.
  • the processing unit 4 extracts signals of 12 channels in the virtual array based on the sampling data acquired in S110. Specifically, by performing FFT processing or the like for each of the receiving antennas 24 to 27, a Doppler spectrum representing the component of the Doppler frequency included in the received signal is calculated. That is, since the DDMA modulated transmission signal has a different phase rotation amount for each transmission antenna, the transmission signal from each transmission antenna is extracted as a signal component having a different Doppler frequency on the Doppler spectrum. Be done. As a result, the signals of the channels CH1, CH3 and CH5 are extracted from the reception signal of the reception antenna 24. From the reception signal of the reception antenna 25, the signals of the channels CH2, CH4 and CH6 are extracted. From the reception signal of the reception antenna 26, the signals of the channels CH7 to CH9 are extracted. From the reception signal of the reception antenna 27, the signals of the channels CH10 to CH12 are extracted.
  • the processing unit 4 executes medium-range radar (hereinafter, MRR) mode processing.
  • MRR mode processing the signals of channels CH1 to CH6 belonging to the MRR array shown in FIG. 7 are used, and they exist in a medium-range and wide-angle search range using, for example, a method such as digital beamforming (hereinafter DBF). Detect the target.
  • DBF digital beamforming
  • the processing unit 4 executes long distance radar (hereinafter referred to as LRR) mode processing.
  • LRR mode processing signals of combined channels CH1-2, CH3-4, CH5-6 and channels CH7 to CH9 belonging to the LRR array shown in FIG. 8 are used, for example, at a long distance using a technique such as MUSIC. Detects targets in narrow angle search area.
  • processing etc. may be performed to determine the target orientation which becomes uncertain by the grating, using the result in the MRR mode processing.
  • the processing unit 4 executes vertical angle measurement mode processing.
  • vertical angle measurement mode processing a signal obtained from at least one of the set of channels CH8 and CH10 belonging to the vertical array shown in FIG. 9 or the set of channels CH9 and CH11 is used. Then, for example, with respect to the targets detected in S130 and S140, the angle in the vertical direction and in turn, the position in the height direction are calculated using a method such as DBF or monopulse.
  • the processing unit 4 generates target information, which is information related to targets existing in the search range, from the detection results in S130 to S150, and executes various processes using the target information. Output to the device to end this processing.
  • the transmitting antennas 21 to 23 are located between the receiving antennas 24 to 27, and further on one side of the arrangement direction as seen from the transmitting antennas 21 to 23 A plurality of receiving antennas 24 and 25 arranged at an interval d narrower than the reference interval D is disposed.
  • a virtual array that is, an MRR array
  • An array that is, an LRR array
  • two virtual arrays with different grating lobes can be realized with a simple configuration similar to that of the conventional device.
  • the circumscribed figures of the receiving antennas 24 and 25 are set to have the same shape and the same size as the receiving antenna 26. Therefore, a virtual array (i.e., channels CH1-2, CH3-4, CH5-6) formed based on the combined antenna formed by combining the receiving antennas 24 and 25 and the transmitting antennas 21 to 23 is It can be used as part of a virtual array (ie, channels CH7 to CH9) formed based on the transmitting antennas 21 to 23.
  • the distance between the phase centers of the receiving antennas 24 and 25 may be set smaller than 0.5 ⁇ , where ⁇ is a used wavelength. In this case, by using the MRR array, it is possible to realize angle measurement processing that does not cause angular ambiguity.
  • the LRR array when the LRR array is used, angle measurement processing with high azimuth accuracy and angular resolution can be realized.
  • the LRR array can increase antenna gain because the aperture of each channel is wider than the MRR array, and can detect objects at longer distances.
  • angular ambiguity due to grating lobes occurs because the receive antenna spacing is expanded, but the angular ambiguity may be resolved by using in combination with the MRR array.
  • the receiving antenna 27 is provided at a position where the receiving antenna 26 is shifted in the y-axis direction. Therefore, a vertical array can be realized, and using this vertical array, not only the angle in the x-axis direction but also the angle in the y-axis direction can be detected.
  • the opening width in the x-axis direction is different between the receiving antennas 24 and 25 and the receiving antennas 26 and 27.
  • the second embodiment is different from the first embodiment in that the aperture widths of the receiving antennas are all the same and the arrangement intervals of the receiving antennas are changed.
  • the antenna device 2a of the present embodiment includes transmitting antennas 21a to 23a and receiving antennas 24a to 26a.
  • the transmitting antennas 21a-23a have the same shape as the transmitting antennas 21-23 of the first embodiment, and are arranged in the same manner. However, the opening width in the x-axis direction is set to a width shorter than 0.5 times the reference interval D.
  • the receiving antennas 24a to 27a have the same shape as the transmitting antennas 21a to 23a.
  • the receiving antennas 24a to 27a are arranged as follows with reference to the position of the receiving antenna 24a.
  • the receiving antenna 25a is disposed at a position where the receiving antenna 24a is shifted by a distance of 0.5 times the reference interval D in the x-axis direction.
  • the receiving antenna 27a is disposed at a position where the receiving antenna 25a is shifted by 2.5 times the reference interval D in the x-axis direction.
  • the receiving antenna 27a is disposed at a position where the receiving antenna 26a is shifted by the reference interval D in the x-axis direction and shifted by the longitudinal interval V in the y-axis direction.
  • the transmitting antennas 21a to 23a are arranged at positions shifted in the y-axis direction from the receiving antennas 24a to 27a so as not to overlap any of the receiving antennas 24a to 27a. Further, in the transmitting antennas 21a to 23a, the positions of the phase centers of the transmitting antennas 21a to 23a in the x-axis direction are all positioned between the phase center of the receiving antenna 25a and the phase center of the receiving antenna 26a. Be placed.
  • FIG. 12 a combination of three transmitting antennas 21a to 23a and four receiving antennas 24a to 27a provides a virtual array having 12 virtual receiving antennas.
  • virtual receiving antennas shown by broken lines in FIG. 12 are positions where four receiving antennas 24a to 27a shown by solid lines in FIG. 12 are shifted in the x-axis direction by distance D and distance 2D, respectively. Is formed.
  • the virtual receiving antennas 24a and 25a are channels CH1 and CH2 and the receiving antennas 24a and 25a are shifted by a distance D
  • the virtual receiving antennas are shifted by channels CH3 and CH4 and further by a distance D.
  • Certain virtual receiving antennas are referred to as channels CH5 and CH6.
  • a virtual reception antenna at a position obtained by shifting the reception antenna 26a by the channel CH7, a position at which the reception antenna 26a is shifted by the distance D by the channel CH8, and a position further shifted by the distance D is called a channel CH9. .
  • a virtual reception antenna at a position obtained by shifting the reception antenna 27a by a channel CH10, a position at which the reception antenna 27a is shifted by a distance D is shifted by a distance D, and a virtual reception antenna by a distance D is called a channel CH12.
  • the receiving antenna 26a corresponds to a first receiving antenna, the receiving antennas 24a and 25a to a second receiving antenna, and the receiving antenna 27a to an additional receiving antenna.
  • the channels CH1 to CH7 form an equal-spaced array of seven elements (hereinafter referred to as an MRR array) arranged at an interval D / 2 in the x-axis direction.
  • CH1, CH3, CH5, CH7, CH8 and CH9 form a 6-element equidistant array (hereinafter referred to as LRR array) arranged at an interval D in the x-axis direction.
  • LRR array 6-element equidistant array
  • the set of channels CH8 and CH10 and the set of channels CH9 and CH11 form an array of two elements (hereinafter referred to as a vertical array) arranged at an interval V in the y-axis direction.
  • the number of transmitting antennas 21a-23a and receiving antennas 24a-27a is the same as the antenna device 2 of the first embodiment, the number of elements of the MRR array is one. It can be increased, and a large aperture MRR array can be realized.
  • the circumscribed shape of the two receiving antennas 24 and 25 as the second receiving antenna matches the shape of the receiving antenna 26 as the first receiving antenna. It is not limited to For example, the circumscribed shape of three or more second receiving antennas may be matched with the shape of the first receiving antenna.
  • the interval between the phase center of the receiving antenna 26 and the phase center of the combined antenna obtained by combining the plurality of receiving antennas 24 and 25 is set to an integral multiple of the reference interval D. There is no need to double it.
  • the plurality of functions of one component in the above embodiment may be realized by a plurality of components, or one function of one component may be realized by a plurality of components . Also, a plurality of functions possessed by a plurality of components may be realized by one component, or one function realized by a plurality of components may be realized by one component. In addition, part of the configuration of the above embodiment may be omitted. In addition, at least a part of the configuration of the above-described embodiment may be added to or replaced with the configuration of the other above-described embodiment.
  • the present disclosure can also be realized in various forms, such as a system including the antenna device as a component and an antenna arrangement method.

Abstract

複数の送信アンテナ（２１～２３）は、予め設定された基準間隔で予め設定された配列方向に沿って配列される。第１受信アンテナ（２６）は、配列方向における開口幅が、基準間隔より狭い第１幅に設定される。複数の第２受信アンテナ（２４，２５）は、配列方向における開口幅が第１幅以下となる第２幅を有し、基準間隔より狭い間隔で配列方向に沿って配列される。第１受信アンテナの中心位置と複数の第２受信アンテナのうち第１受信アンテナの最も近くに位置する第２受信アンテナの位相中心との配列方向における間隔が、基準間隔に送信アンテナの数から１引いた数を乗じた長さ以上に設定される。

Description

アンテナ装置 関連出願の相互参照
　本国際出願は、２０１７年１２月２６日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第２０１７－２４９０８８号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１７－２４９０８８号の全内容を参照により本国際出願に援用する。
　本開示は、受信アンテナ間隔の異なる複数種類のアレイアンテナを実現するアンテナ装置に関する。
　下記特許文献１には、二つの送信アンテナを離れた位置に配置し、これら送信アンテナの間に複数の受信アンテナを配置することで、少ない面積で、受信アンテナの数の２倍のチャネルを確保する技術が開示されている。なお、チャネルとは、いずれかの送信アンテナから検出対象の物体に反射していずれかの受信アンテナに至る経路をいう。
特表２０１１－５２６３７１号公報
　しかしながら、開示者の詳細な検討の結果、特許文献１に記載の従来技術には、以下の課題があることが見出された。
　即ち、従来技術では、例えば、狭角度で精度良く物体方位を検出するための受信アンテナ間隔と、広角度で物体を検出するための受信アンテナ間隔とをいずれも実現する必要がある場合に、受信アンテナの配置間隔が異なる２種類のアンテナ装置を個々に用意する必要があり装置が大型化するという課題があった。
　本開示の１つの局面は、簡易な構成で受信アンテナ間隔の異なる複数種類のアレイアンテナを実現するアンテナ装置を提供することにある。
　本開示の一態様によるアンテナ装置は、複数の送信アンテナと、第１受信アンテナと、複数の第２受信アンテナとを備える。
　複数の送信アンテナは、予め設定された基準間隔で予め設定された配列方向に沿って配列される。第１受信アンテナは、配列方向における開口幅が、基準間隔より狭い第１幅に設定される。複数の第２受信アンテナは、配列方向における開口幅が第１幅以下となる第２幅を有し、基準間隔より狭い間隔で配列方向に沿って配列される。そして、第１受信アンテナの中心位置と複数の第２受信アンテナのうち第１受信アンテナの最も近くに位置する第２受信アンテナの位相中心との配列方向における間隔が、前記基準間隔に前記送信アンテナの数から１引いた数を乗じた長さ以上に設定される。
　このような構成によれば、複数の送信アンテナと第１受信アンテナとにより形成される仮想的な受信アンテナによる仮想アレーと、複数の送信アンテナと複数の第２受信アンテナとにより形成される仮想的な受信アンテナによる仮想アレーとによって、異なる指向性を実現することができる。なお、前者の仮想アレーは、アンテナの配置間隔が相対的に狭く、後者の仮想アレーは、アンテナの配置間隔が相対的に広くなる。つまり、グレーティングローブが異なる２種類の仮想アレーを、従来技術と同程度の大きさで実現することができる。
アンテナ装置が適用されたレーダ装置の構成を示すブロック図である。 第１実施形態のアンテナ装置における各アンテナの配置を示す説明図である。 送信アンテナ及び受信アンテナの具体例を示すパターン図である。 送信アンテナ及び受信アンテナと物標との関係を示す説明図である。 仮想アレーにおける仮想的な受信アンテナの配置を示す説明図である。 アンテナ装置により実現される仮想アレーの配置を示す説明図である。 中距離モードで使用する仮想アレーであるＭＲＲアレーを示す説明図である。 遠距離モードで使用する仮想アレーであるＬＲＲアレーを示す説明図である。 垂直測角モードで使用する仮想アレーである垂直アレーを示す説明図である。 処理部が実行する物標検出処理のフローチャートである。 第２実施形態のアンテナ装置における各アンテナの配置を示す説明図である。 アンテナ装置により実現される仮想アレーの配置を示す説明図である。 中距離モードで使用する仮想アレーであるＭＲＲアレーを示す説明図である。 遠距離モードで使用する仮想アレーであるＬＲＲアレーを示す説明図である。 垂直測角モードで使用する仮想アレーである垂直アレーを示す説明図である。
　以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
　［１．第１実施形態］
　［１－１．構成］
　図１に示す第１実施形態のレーダ装置１は、車両に搭載して使用され、車両の周囲に存在する様々な物体を検出するために使用される。レーダ装置１は、複数のアンテナを用いて同時に電波を送受信するＭＩＭＯレーダである。ＭＩＭＯは、Multi Input Multi Outputの略語である。
　レーダ装置１は、本実施形態のアンテナ装置２を備える。レーダ装置１は、更に、送受信部３と、処理部４と、を備えていてもよい。
　［１－１－１．アンテナ装置］
　アンテナ装置２は、図２に示すように、３つの送信アンテナ２１～２３と４つの受信アンテナ２４～２７とを有する。送信アンテナの数及び受信アンテナの数は、これに限定されるものではなく、いずれも２つ以上であればよい。各アンテナ２１～２７は、例えば、誘電体基板上に形成される銅箔パターンによって実現される。
　図２に示すように、３つの送信アンテナ２１～２３は、予め設定された基準間隔Ｄで、予め設定された配列方向に沿って一列に配置される。以下、この配列方向をｘ軸方向、配列方向に直行する方向をｙ軸方向という。各送信アンテナ２１～２３は、いずれも同一形状かつ同一サイズを有する。
　４つの受信アンテナ２４～２７は、ｙ軸方向の開口幅が同一サイズを有する。
　２つの受信アンテナ２６，２７は、ｘ軸方向の開口幅が基準間隔Ｄより狭い第１幅Ｗ１に設定される。受信アンテナ２７は、受信アンテナ２６を、ｘ軸方向に基準間隔Ｄだけシフトさせ、且つｙ軸方向に予め設定された縦間隔Ｖだけシフトさせた位置に配置される。
　他の２つの受信アンテナ２４，２５は、ｘ軸方向の開口幅が第１幅Ｗ１より狭い第２幅Ｗ２に設定される。受信アンテナ２５は、受信アンテナ２４を、ｘ軸方向に予め設定された間隔ｄだけシフトさせた位置に配置される。そして、第２幅Ｗ２及び間隔ｄは、２つの受信アンテナ２４，２５の外接図形が受信アンテナ２６，２７と同一形状かつ同一サイズとなるように設定される。つまり、２つの受信アンテナ２４，２５による合成アンテナ（以下、合成アンテナ２４－２５）のｘ軸方向及びｙ軸方向の開口幅が、他の２つの受信アンテナ２６，２７と同一サイズとなる。
　受信アンテナ２６は、合成アンテナ２４－２５を、基準間隔Ｄに送信アンテナの数を乗じた間隔３Ｄだけｘ軸方向にシフトさせた位置に配置される。
　送信アンテナ２１～２３は、受信アンテナ２４～２７のいずれとも重なることがないように、受信アンテナ２４～２７よりｙ軸方向にシフトした位置に配置される。また、送信アンテナ２１～２３は、ｘ軸方向における各送信アンテナ２１～２３の位相中心の位置が、いずれも、受信アンテナ２５の位相中心と受信アンテナ２６の位相中心との間に位置するように配置される。つまり、受信アンテナ２５の位相中心と受信アンテナ２６の位相中心との間隔は、２Ｄより大きく設定される。
　なお、位相中心とは、電波の放射又は入射において、仮想的に電波の集中点とみなされる点である。アンテナが、長方形や円形等、上下左右が対称な形状を有している場合、位相中心は、アンテナの重心位置とほぼ一致する。
　ここで、個々の送信アンテナ２１～２３及び受信アンテナ２４～２７の具体例を、図３を用いて説明する。ｘ軸方向の開口幅が第２幅Ｗ２に設定される送信アンテナ２１～２３及び受信アンテナ２４，２５は、ｙ軸方向に沿って１列に配置された複数のパッチアンテナＰと、各パッチアンテナに同相給電するように配線された給電線Ｌとを備える。また、ｘ軸方向の開口幅が第１幅Ｗ１に設定された受信アンテナ２６，２７は、上記パッチアンテナＰを２列に並べて、給電線Ｌを共通に接続した構造を有する。
　［１－１－２．仮想アレー］
　ここで、図４及び図５を用いて、Ｍ個の送信アンテナとＮ個の受信アンテナによって形成されるＭ×Ｎ個の仮想アレーについて説明する。ここでは、図４に示すように、Ｍ＝２，Ｎ＝２であり、二つの送信アンテナＴＸ１，ＴＸ２は第１間隔ｄＴで配置され、二つの受信アンテナＲＸ１，ＲＸ２は第２間隔ｄＲで配置されている場合について説明する。
　検出対象となる物体が、送信アンテナＴＸ１，ＴＸ２および受信アンテナＲＸ１，ＲＸ２の正面方向に対してθだけ傾いた方向に存在すると仮定する。また、物体での反射係数をＲ、ＴＸ１から物体に至る経路での信号の位相変化をαＴで表し、物体からＲＸ１に至る経路での信号の位相変化をαＲで表す。なお、αＴ及びαＲは複素数で表現される。
　この場合、ＴＸ１から送信されＲＸ１で受信される信号は（１）式で表される。ＴＸ１から送信されＲＸ２で受信される信号は（２）式で表される。ＴＸ２から送信されＲＸ１で受信される信号は（３）式で表される。ＴＸ２から送信されＲＸ２で受信される信号は（４）式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　これらの式は、図５に示すように、一つの送信アンテナから送信された信号を、それぞれの配置間隔がｄＲ、ｄＴ、ｄＴ＋ｄＲとなるように並べた４つの受信アンテナにより受信した場合と等価である。このように並んだ仮想的な受信アンテナを仮想アレーという。
　つまり、アンテナ装置２では、図６に示すように、３つの送信アンテナ２１～２３と、４つの受信アンテナ２４～２７との組み合わせにより、１２個の仮想的な受信アンテナを有する仮想アレーが得られる。具体的には、図６中の実線で示す４つの受信アンテナ２４～２７を、それぞれ距離Ｄ及び距離２Ｄだけｘ軸方向にシフトさせた位置に、図６中の破線で示す仮想的な受信アンテナが形成される。
　以下、受信アンテナ２４，２５をチャネルＣＨ１，ＣＨ２とし、受信アンテナ２４、２５を距離Ｄだけシフトさせた位置にある仮想的な受信アンテナをチャネルＣＨ３，ＣＨ４、更に、距離Ｄだけシフトさせた位置にある仮想的な受信アンテナをチャネルＣＨ５，ＣＨ６という。また、受信アンテナ２６をチャネルＣＨ７、受信アンテナ２６を距離Ｄだけシフトさせた位置にある仮想的な受信アンテナをチャネルＣＨ８、更に距離Ｄだけシフトさせた位置にある仮想的な受信アンテナをチャネルＣＨ９という。また、受信アンテナ２７をチャネルＣＨ１０、受信アンテナ２７を距離Ｄだけシフトさせた位置にある仮想的な受信アンテナをチャネルＣＨ１１、更に距離Ｄだけシフトさせた位置にある仮想的な受信アンテナをチャネルＣＨ１２という。なお、受信アンテナ２６が第１受信アンテナ、受信アンテナ２４，２５が第２受信アンテナ、受信アンテナ２７が付加受信アンテナに相当する。
　図７に示すように、チャネルＣＨ１～ＣＨ６は、ｘ軸方向に間隔ｄで配置された６素子の等間隔アレー（以下、ＭＲＲアレー）を形成する。
　チャネルＣＨ１，ＣＨ２の組、チャネルＣＨ３，ＣＨ４の組、チャネルＣＨ５，ＣＨ６の組により、それぞれ形成される合成アンテナを、チャネルＣＨ１－２，ＣＨ３－４，ＣＨ５－６とする。図８に示すように、チャネルＣＨ１－２，ＣＨ３－４，ＣＨ５－６、ＣＨ７～ＣＨ９は、ｘ軸方向に間隔Ｄで配置された６素子の等間隔アレー（以下、ＬＲＲアレー）を形成する。
　図９に示すように、チャネルＣＨ８，ＣＨ１０の組、およびチャネルＣＨ９，ＣＨ１１の組は、それぞれ、ｙ軸方向に間隔Ｖで配置された２素子のアレー（以下、垂直アレー）を形成する。
　［１－２．送受信部］
　送受信部３は、送信アンテナ２１～２３のそれぞれに送信信号を供給する。送受信部３は、各送信信号を、ドップラ分割多重（以下、ＤＤＭＡ）方式にて変調する。ＤＤＭＡ方式は、複数の送信アンテナから同時に送信された複数の信号が重畳された受信信号から、個々の信号の識別を可能とするための変調方式である。ＤＤＭＡ方式は、例えば、ＭＩＭＯレーダにおいて使用される技術である。
　送受信部３は、上述の送信信号のうち基準となる送信信号をローカル信号として、各受信アンテナ２４～２７から供給される受信信号のそれぞれにローカル信号を混合することで、受信アンテナ２４～２７毎のビート信号を生成して処理部４に供給する。
　［１－３．処理部］
　処理部４は、ＣＰＵ４１と、例えば、ＲＡＭ又はＲＯＭ等の半導体メモリ（以下、メモリ４２）と、を有するマイクロコンピュータを備える。処理部４が有する各機能は、ＣＰＵ４１が非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、メモリ４２が、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。また、このプログラムが実行されることで、プログラムに対応する方法が実行される。なお、処理部４は、１つのマイクロコンピュータを備えてもよいし、複数のマイクロコンピュータを備えてもよい。
　処理部４は、物標検出処理を少なくとも実行する。処理部４が有する各機能を実現する手法はソフトウェアに限るものではなく、その一部又は全部の機能は、一つあるいは複数のハードウェアを用いて実現されてもよい。例えば、上記機能がハードウェアである電子回路によって実現される場合、その電子回路は、デジタル回路、又はアナログ回路、あるいはこれらの組合せによって実現されてもよい。
　［１－４．処理］
　次に、処理部４が実行する物標検出処理について、図１０のフローチャートを用いて説明する。物標検出処理は、処理部４が起動すると周期的に実行される。
　処理部４は、まず、Ｓ１１０では、送受信部３を動作させることでレーダ測定を実行し、受信アンテナ２４～２７のそれぞれから供給されるビート信号のサンプリングデータを取得する。
　処理部４は、Ｓ１２０では、Ｓ１１０で取得したサンプリングデータに基づき、仮想アレーによる１２チャネル分の信号を抽出する。具体的には、受信アンテナ２４～２７毎にＦＦＴ処理等を実行することによって、受信信号に含まれるドップラ周波数の成分を表すドップラスペクトラムを算出する。つまり、ＤＤＭＡ変調された送信信号は、送信アンテナ毎に位相回転量が異なっているため、ドップラスペクトラム上では、各送信アンテナからの送信信号が、それぞれが異なったドップラ周波数を有した信号成分として抽出される。これにより、受信アンテナ２４の受信信号からは、チャネルＣＨ１，ＣＨ３，ＣＨ５の信号が抽出される。受信アンテナ２５の受信信号からは、チャネルＣＨ２，ＣＨ４，ＣＨ６の信号が抽出される。受信アンテナ２６の受信信号からは、チャネルＣＨ７～ＣＨ９の信号が抽出される。受信アンテナ２７の受信信号からは、チャネルＣＨ１０～ＣＨ１２の信号が抽出される。
　処理部４は、Ｓ１３０では、中距離レーダ（以下、ＭＲＲ）モード処理を実行する。ＭＲＲモード処理では、図７に示したＭＲＲアレーに属するチャネルＣＨ１～ＣＨ６の信号を用い、例えば、デジタルビームフォーミング（以下、ＤＢＦ）等の手法を用いて、中距離かつ広角な探査範囲に存在する物標の検出を行う。
　処理部４は、Ｓ１４０では、長距離レーダ（以下、ＬＲＲ）モード処理を実行する。ＬＲＲモード処理では、図８に示したＬＲＲアレーに属する合成チャネルＣＨ１－２，ＣＨ３－４，ＣＨ５－６及びチャネルＣＨ７～ＣＨ９の信号を用い、例えば、ＭＵＳＩＣ等の手法を用いて、遠距離で狭角な探査範囲に存在する物標の検出を行う。なお、ＬＲＲモード処理では、ＭＲＲモード処理での結果を利用して、グレーティングにより不確定となる物標方位を確定させる処理等を実行してもよい。
　処理部４は、Ｓ１５０では、垂直測角モード処理を実行する。垂直測角モード処理では、図９に示した垂直アレーに属するチャネルＣＨ８とＣＨ１０の組、又はチャネルＣＨ９とＣＨ１１の組のうち、少なくとも一方から得られる信号を用いる。そして、例えば、ＤＢＦ又はモノパルス等の手法を用いて、Ｓ１３０及びＳ１４０で検出された物標について、垂直方向の角度、ひいては高さ方向の位置を算出する。
　処理部４は、Ｓ１６０では、Ｓ１３０～Ｓ１５０での検出結果から探査範囲内に存在する物標に関する情報である物標情報を生成し、これら物標情報を利用した様々な処理を実行する後段の装置に出力して、本処理を終了する。
　［１－５．効果］
　以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
　（１ａ）アンテナ装置２では、従来装置とは反対に、受信アンテナ２４～２７の間に送信アンテナ２１～２３が位置し、しかも、送信アンテナ２１～２３から見て配列方向の一方の側には、基準間隔Ｄより狭い間隔ｄで配置された複数の受信アンテナ２４，２５を配置している。これにより、送信アンテナ２１～２３と受信アンテナ２４，２５とに基づいて形成される仮想アレー（即ち、ＭＲＲアレー）と、送信アンテナ２１～２３と受信アンテナ２６，２７とに基づいて形成される仮想アレー（即ち、ＬＲＲアレー）とは、受信アンテナの配置間隔が異なったものとなる。このように、アンテナ装置２によれば、グレーティングローブの異なる２つの仮想アレーを、従来装置と同程度の簡易な構成で実現することができる。
　（１ｂ）アンテナ装置２では、受信アンテナ２４，２５の外接図形が受信アンテナ２６と同一形状かつ同一サイズとなるように設定されている。このため、受信アンテナ２４，２５を合成した合成アンテナと送信アンテナ２１～２３とに基づいて形成される仮想アレー（即ち、チャネルＣＨ１－２，ＣＨ３－４，ＣＨ５－６）を、受信アンテナ２６と送信アンテナ２１～２３とに基づいて形成される仮想アレー（即ち、チャネルＣＨ７～ＣＨ９）の一部として利用することができる。
　（１ｃ）アンテナ装置２では、使用波長をλとして、受信アンテナ２４，２５の位相中心間の間隔を０．５λより小さく設定してもよい。この場合、ＭＲＲアレーを用いることで、角度曖昧性が生じない測角処理を実現できる。
　（１ｄ）アンテナ装置２では、ＬＲＲアレーを用いた場合、方位精度や角度分解能が高い測角処理を実現できる。また、ＬＲＲアレーは、各チャネルの開口がＭＲＲアレーより広いため、アンテナ利得を高めることができ、より遠距離の物体を検出できる。なお、ＬＲＲアレーでは、受信アンテナ間隔が広がるためグレーティングローブによる角度曖昧性が生じるが、ＭＲＲアレーとの併用により角度曖昧性を解決してもよい。
　（１ｅ）アンテナ装置２では、受信アンテナ２６をｙ軸方向にシフトさせた位置に受信アンテナ２７を設けている。このため、垂直アレーを実現することができ、この垂直アレーを用いることで、ｘ軸方向の角度だけでなく、ｙ軸方向の角度についても検出することができる。
　［２．第２実施形態］
　［２－１．第１実施形態との相違点］
　第２実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
　前述した第１実施形態では、受信アンテナ２４，２５と、受信アンテナ２６，２７とでx軸方向の開口幅が異なっている。これに対し、第２実施形態では、受信アンテナの開口幅を全て同じにしている点、及び受信アンテナの配置間隔を変更している点で、第１実施形態と相違する。
　［２－２．アンテナ装置］
　本実施形態のアンテナ装置２ａは、図１１に示すように、送信アンテナ２１ａ～２３ａと、受信アンテナ２４ａ～２６ａとを備える。
　送信アンテナ２１ａ～２３ａは、第１実施形態の送信アンテナ２１～２３と同様の形状を有し、同様に配置される。但し、ｘ軸方向の開口幅は、基準間隔Ｄの０．５倍より短い幅に設定される。
　受信アンテナ２４ａ～２７ａは、送信アンテナ２１ａ～２３ａと同様の形状を有する。
　受信アンテナ２４ａ～２７ａは、受信アンテナ２４ａの位置を基準として、以下のように配置される。受信アンテナ２５ａは、受信アンテナ２４ａをｘ軸方向に基準間隔Ｄの０．５倍の距離だけシフトさせた位置に配置される。受信アンテナ２７ａは、受信アンテナ２５ａをｘ軸方向に基準間隔Ｄの２．５倍の距離だけシフトさせた位置に配置される。　受信アンテナ２７ａは、受信アンテナ２６ａを、ｘ軸方向に基準間隔Ｄだけシフトさせ、且つｙ軸方向に縦間隔Ｖだけシフトさせた位置に配置される。
　送信アンテナ２１ａ～２３ａは、受信アンテナ２４ａ～２７ａのいずれとも重なることがないように、受信アンテナ２４ａ～２７ａよりｙ軸方向にシフトした位置に配置される。
また、送信アンテナ２１ａ～２３ａは、ｘ軸方向における各送信アンテナ２１ａ～２３ａの位相中心の位置が、いずれも、受信アンテナ２５ａの位相中心と受信アンテナ２６ａの位相中心との間に位置するように配置される。
　［２－３．仮想アレー］
　アンテナ装置２ａでは、図１２に示すように、３つの送信アンテナ２１ａ～２３ａと、４つの受信アンテナ２４ａ～２７ａとの組み合わせにより、１２個の仮想的な受信アンテナを有する仮想アレーが得られる。具体的には、図１２中の実線で示す４つの受信アンテナ２４ａ～２７ａを、それぞれ距離Ｄ及び距離２Ｄだけｘ軸方向にシフトさせた位置に、図１２中の破線で示す仮想的な受信アンテナが形成される。
　以下、受信アンテナ２４ａ，２５ａをチャネルＣＨ１，ＣＨ２とし、受信アンテナ２４ａ、２５ａを距離Ｄだけシフトさせた位置にある仮想的な受信アンテナをチャネルＣＨ３，ＣＨ４、更に、距離Ｄだけシフトさせた位置にある仮想的な受信アンテナをチャネルＣＨ５，ＣＨ６という。また、受信アンテナ２６ａをチャネルＣＨ７、受信アンテナ２６ａを距離Ｄだけシフトさせた位置にある仮想的な受信アンテナをチャネルＣＨ８、更に距離Ｄだけシフトさせた位置にある仮想的な受信アンテナをチャネルＣＨ９という。また、受信アンテナ２７ａをチャネルＣＨ１０、受信アンテナ２７ａを距離Ｄだけシフトさせた位置にある仮想的な受信アンテナをチャネルＣＨ１１、更に距離Ｄだけシフトさせた位置にある仮想的な受信アンテナをチャネルＣＨ１２という。なお、受信アンテナ２６ａが第１受信アンテナ、受信アンテナ２４ａ，２５ａが第２受信アンテナ、受信アンテナ２７ａが付加受信アンテナに相当する。
　図１３に示すように、チャネルＣＨ１～ＣＨ７は、ｘ軸方向に間隔Ｄ／２で配置された７素子の等間隔アレー（以下、ＭＲＲアレー）を形成する。
　図１４に示すように、ＣＨ１，ＣＨ３，ＣＨ５，ＣＨ７，ＣＨ８，及びＣＨ９は、ｘ軸方向に間隔Ｄで配置された６素子の等間隔アレー（以下、ＬＲＲアレー）を形成する。
　図１５に示すように、チャネルＣＨ８，ＣＨ１０の組、およびチャネルＣＨ９，ＣＨ１１の組は、それぞれ、ｙ軸方向に間隔Ｖで配置された２素子のアレー（以下、垂直アレー）を形成する。
　［２－４．効果］
　以上詳述した第２実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ）（１ｃ）～（１ｅ）を奏し、さらに、以下の効果を奏する。
　（２ａ）アンテナ装置２ａによれば、送信アンテナ２１ａ～２３ａ及び受信アンテナ２４ａ～２７ａの数が、第１実施形態のアンテナ装置２と同じであるにも関わらず、ＭＲＲアレーの素子数を１つ増加させることができ、開口の大きいＭＲＲアレーを実現することができる。
　［３．他の実施形態］
　以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
　（３ａ）上記実施形態では、第２受信アンテナである２つの受信アンテナ２４，２５の外接形状と、第１受信アンテナである受信アンテナ２６の形状とを一致させているが、本開示は、これに限定されるものではない。例えば、３つ以上の第２受信アンテナの外接形状と第１受信アンテナの形状とを一致させてもよい。
　（３ｂ）上記実施形態では、受信アンテナ２６の位相中心と複数の受信アンテナ２４，２５を合成した合成アンテナの位相中心との間隔が、基準間隔Ｄの整数倍に設定されているが、必ずしも整数倍にする必要はない。
　（３ｃ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。
　（３ｄ）上述したアンテナ装置の他、当該アンテナ装置を構成要素とするシステム、アンテナの配置方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。

Claims (6)

  1. 　予め設定された基準間隔で予め設定された配列方向に沿って配列された複数の送信アンテナ（２１～２３，２１ａ～２３ａ）と、
    　前記配列方向における開口幅が、前記基準間隔より狭い第１幅に設定された第１受信アンテナ（２６，２６ａ）と、
    　前記配列方向における開口幅が前記第１幅以下となる第２幅を有し、前記基準間隔より狭い間隔で前記配列方向に沿って配列された複数の第２受信アンテナ（２４，２５，２４ａ，２５ａ）と、
    　を備え、
    　前記第１受信アンテナの位相中心と前記複数の第２受信アンテナのうち前記第１受信アンテナの最も近くに位置する前記第２受信アンテナの位相中心との前記配列方向における間隔が、前記基準間隔に前記送信アンテナの数から１引いた数を乗じた長さ以上に設定された
    　アンテナ装置。
  2. 　請求項１に記載のアンテナ装置であって、
    　前記複数の第２受信アンテナは、該複数の第２受信アンテナに対する外接図形の面積が、前記第１受信アンテナの面積と等しくなるように配置された、
    　アンテナ装置。
  3. 　請求項１又は請求項２に記載のアンテナ装置であって、
    　前記複数の送信アンテナは、各送信アンテナの位相中心がいずれも、前記配列方向に対して、前記第１受信アンテナの中心位置と、前記複数の第２受信アンテナのうち前記第１受信アンテナに最も近くに位置する前記第２受信アンテナの中心位置との間に位置するように配置された
    　アンテナ装置。
  4. 　請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のアンテナ装置であって、
    　前記第１受信アンテナと同一形状の付加受信アンテナ（２７，２７ａ）を更に備え、
    　前記付加受信アンテナは、前記第１受信アンテナを、前記配列方向とは直行する方向にシフトさせた位置に配置された
    　アンテナ装置。
  5. 　請求項４に記載のアンテナ装置であって、
    　前記付加受信アンテナは、前記第１受信アンテナを前記配列方向に前記基準間隔以上シフトさせた位置に配置された
    　アンテナ装置。
  6. 　請求項５に記載のアンテナ装置であって、
    　前記付加受信アンテナの前記配列方向とは直行する方向へのシフト量は、前記第１受信アンテナの前記配列方向とは直行する方向の開口幅より短く設定された
    　アンテナ装置。
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