WO2020065714A1 - レーダ装置 - Google Patents

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WO2020065714A1
WO2020065714A1 PCT/JP2018/035388 JP2018035388W WO2020065714A1 WO 2020065714 A1 WO2020065714 A1 WO 2020065714A1 JP 2018035388 W JP2018035388 W JP 2018035388W WO 2020065714 A1 WO2020065714 A1 WO 2020065714A1
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WO
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radome
layer
radar device
configuration example
characteristic line
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PCT/JP2018/035388
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Inventor
亮太 関口
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三菱電機株式会社
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    • H01Q1/42—Housings not intimately mechanically associated with radiating elements, e.g. radome
    • H01Q1/422—Housings not intimately mechanically associated with radiating elements, e.g. radome comprising two or more layers of dielectric material
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • 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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    • G—PHYSICS
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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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    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/93—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S13/931—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a radar device.
  • Patent Document 1 discloses a radome having a so-called “sandwich structure”. More specifically, the radome (10) described in Patent Literature 1 has a structure in which one core layer (C) is provided between two skin layers (S1, S2) (Patent Literature). 1 etc.).
  • on-vehicle millimeter wave radar an on-vehicle radar device using so-called “millimeter wave” has been developed (hereinafter referred to as “on-vehicle millimeter wave radar”).
  • on-vehicle millimeter wave radar In a vehicle-mounted millimeter-wave radar radome, there is a demand for both improved transmission of millimeter waves and reduced weight and improved rigidity.
  • the thickness of each skin layer is set based on a predetermined mathematical formula (see Equation (1) and the like in Patent Document 1), and the thickness of the core layer is determined.
  • a predetermined mathematical formula see Equation (1) and the like in Patent Document 1
  • the thickness of the core layer is determined.
  • the transmission of radio waves such as millimeter waves is improved. That is, the invention described in Patent Document 1 is not for reducing the weight and improving the rigidity. For this reason, the invention described in Patent Literature 1 has a problem to be solved from the viewpoint of improving the transparency to radio waves such as millimeter waves and reducing the weight and improving the rigidity.
  • the radome described in Patent Document 1 is used for an in-vehicle millimeter-wave radar, the frequency of the millimeter wave is 30 GHz or more (hereinafter referred to as “GHz”), and the equation (2) in Patent Document 1 is used. ),
  • the thickness of the core layer may be set to 2.5 mm or less (hereinafter referred to as “mm”) or less. Since the core layer is thin as described above, when each skin layer is thinned (that is, when the value of n in Expression (1) of Patent Document 1 is reduced), the weight of the radome can be easily reduced, It is difficult to improve the rigidity of the radome.
  • the present invention has been made in order to solve the above-described problems, and in a radome of an in-vehicle radar device, it has been proposed to improve the transmission of millimeter waves and other radio waves, reduce weight, and improve rigidity. The purpose is to achieve both.
  • a radar apparatus includes an antenna that radiates radio waves, and a radome for the antenna, wherein the radome includes a first radome layer, a second radome layer disposed to face the first radome layer, and a first radome. And a gap layer formed between the second radome layer and the gap between the first radome layer and the second radome layer.
  • the distance between the first radome layer and the second radome layer is set to a value corresponding to an integral multiple of a half wavelength of a radio wave. Things.
  • a radome of a radar device for use in a vehicle or the like since it is configured as described above, in a radome of a radar device for use in a vehicle or the like, it is possible to achieve both improvement in transparency to radio waves such as millimeter waves, reduction in weight, and improvement in rigidity. .
  • FIG. 2 is a front view illustrating a main part of the antenna for the radar device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a front view showing a main part of the radar device according to the first embodiment.
  • FIG. 2B is a sectional view taken along line A-A ′ shown in FIG. 2A.
  • FIG. 4 is a characteristic diagram showing millimeter wave transmittance by a radome for a radar device according to the first embodiment;
  • FIG. 4 is a characteristic diagram illustrating a millimeter wave transmittance by another radome for the radar device according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a characteristic diagram showing a millimeter wave transmittance of a radome for comparison with a radome for a radar device according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a characteristic diagram illustrating a millimeter wave transmittance by another radome for the radar device according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is a front view showing a main part of the radar device according to the second embodiment.
  • FIG. 7B is a sectional view taken along the line A-A ′ shown in FIG. 7A.
  • FIG. 9 is a characteristic diagram illustrating millimeter wave transmittance by a radome for a radar device according to Embodiment 2.
  • FIG. 14 is a characteristic diagram showing a millimeter wave transmittance by another radome for the radar device according to the second embodiment.
  • FIG. 1 is a front view showing a main part of an antenna for a radar device according to the first embodiment.
  • FIG. 2A is a front view showing a main part of the radar device according to Embodiment 1.
  • FIG. 2B is a sectional view taken along line AA ′ shown in FIG. 2A.
  • the radar apparatus 100 according to the first embodiment will be described with reference to FIG. 1 and FIG. That is, the radar device 100 is mounted on a vehicle (not shown).
  • 1 is an antenna.
  • the antenna 1 emits a radio wave having a predetermined frequency f (for example, 77 GHz), that is, a millimeter wave.
  • the antenna 1 receives the reflected radio wave when the radiated radio wave is reflected by an obstacle (not shown) outside the vehicle.
  • the control unit (not shown) measures the distance between the vehicle and the obstacle based on the difference value ⁇ f between the frequency f of the radio wave radiated by the antenna 1 and the frequency f ′ of the radio wave received by the antenna 1. is there.
  • the control unit is configured by, for example, an ECU (Electronic Control Unit).
  • the radio waves radiated by the antenna 1 and the radio waves radiated by the antenna 1 are collectively referred to as “radiated waves”.
  • the frequency f of the radio wave radiated by the antenna 1, that is, the frequency f of the radiation wave may be referred to as a “carrier frequency”.
  • the antenna 1 is constituted by, for example, a so-called “planar array antenna”.
  • a plurality of antenna elements 12 are arranged on the surface of a substrate 11 in a planar shape, that is, in a two-dimensional array.
  • the radiation direction (so-called “main beam direction”) of a main radio wave (so-called “main beam direction”) of the radiated waves is, for example, a direction orthogonal or substantially orthogonal to the plate surface of the substrate 11, that is, the Z axis in the drawing. It is set in the direction along.
  • MB indicates a region corresponding to the main beam, that is, a region through which the main beam passes.
  • the radar device 100 has a radome 2 for the antenna 1.
  • the radome 2 is arranged to face the surface of the substrate 11. That is, the radome 2 is arranged to face the plurality of antenna elements 12.
  • the radome 2 will be described.
  • the radome 2 has two radome layers 3 and 4 which are arranged to face each other.
  • Each of the two radome layers 3 and 4 is provided, for example, in parallel or substantially parallel to the plate surface of the substrate 11.
  • t1 indicates the thickness of one of the two radome layers 3 and 4 (hereinafter sometimes referred to as "first radome layer”) 3.
  • t2 indicates the thickness of the other radome layer 4 (hereinafter sometimes referred to as "second radome layer”) 4 of the two radome layers 3 and 4.
  • the radome layers 3 and 4 are made of, for example, fiber reinforced plastic such as glass fiber reinforced plastic or quartz fiber reinforced plastic. These fiber-reinforced plastics are suitable for use in the radome layers 3 and 4 because of their relatively small dielectric loss.
  • the relative permittivity of these fiber reinforced plastics is about 2.0 to 6.0.
  • the relative dielectric constant of a portion excluding a reinforcing fiber is about 2.0.
  • the relative dielectric constant of the glass fiber reinforced plastic having a high fiber volume content is about 6.0.
  • One or more support members 5 are provided between the first radome layer 3 and the second radome layer 4. Thereby, the gap layer 6 is formed between the first radome layer 3 and the second radome layer 4.
  • four support members 5 are provided between the first radome layer 3 and the second radome layer 4.
  • the support member 5 is made of, for example, plastic, fiber-reinforced plastic reinforced with various fibers, or metal such as aluminum.
  • the support member 5 is arranged outside the region of the radome 2 through which the radiation wave passes. More specifically, the support member 5 is arranged outside the area MB in the radome 2 through which the main beam passes.
  • Air is contained in the gap layer 6.
  • the relative permittivity of air is about 1.0. That is, the dielectric constant of the gap layer 6 (about 1.0) is smaller than the relative dielectric constant of the radome layers 3 and 4 (about 2.0 to 6.0).
  • the distance d between the first radome layer 3 and the second radome layer 4, more specifically, the distance d in the thickness direction of the radome layers 3 and 4 (that is, the direction along the Z axis in the drawing) is a gap layer.
  • 6 is set to a value corresponding to an integral multiple of a half wavelength of the radiation wave in 6. More specifically, the interval d is set to a value based on the following equation (1).
  • ⁇ 0 is the wavelength of the radiation wave in vacuum.
  • n is one or more arbitrary integers.
  • ⁇ is a coefficient that satisfies the condition shown in the following equation (2).
  • the main part of the radar device 100 is thus configured.
  • a layer having a low dielectric constant that is, a gap layer 6
  • the gap layer 6 is formed between the first radome layer 3 and the second radome layer 4
  • the weight of the radome 2 can be reduced.
  • the support member 5 can be provided between the first radome layer 3 and the second radome layer 4. Therefore, by using an appropriate material for the support member 5, the rigidity of the radome 2 can be improved while reducing the weight of the radome 2.
  • the millimeter wave transmittance by the radome 2 is determined at the carrier frequency f (for example, 77 GHz). It can be maximized. As a result, as described later with reference to FIGS. 3 to 6, the Fresnel loss in a predetermined frequency range including the carrier frequency f can be reduced to 5% or less.
  • each of the characteristic line I, the characteristic line II, the characteristic line III, the characteristic line IV, and the characteristic line VI indicates the millimeter wave transmittance of the radome 2.
  • the characteristic line V indicates the millimeter-wave transmittance of the radome 2 ′ (not shown) for comparison with the radome 2.
  • These millimeter-wave transmittances are calculated using a so-called “Fresnel equation”. In the calculation of the millimeter wave transmittance, the dielectric loss is ignored, and the Fresnel loss is to be calculated. This is because the dielectric loss is smaller than the Fresnel loss.
  • the interval d in the radome 2 ' is set to a value corresponding to a quarter wavelength of the radiation wave in the gap layer. More specifically, the interval d in the radome 2 'is set to a value based on the following equation (3).
  • the radome layers 3 and 4 are made of glass fiber reinforced plastic.
  • the relative permittivity of this glass fiber reinforced plastic is 4.0.
  • first configuration example a configuration example of the radome 2 according to the characteristic line I is referred to as a “first configuration example”.
  • the radome layers 3 and 4 are made of the same material as in the first configuration example.
  • second configuration example a configuration example of the radome 2 according to the characteristic line II is referred to as a “second configuration example”.
  • the radome layers 3 and 4 are made of the same material as in the first configuration example.
  • a configuration example of the radome 2 according to the characteristic line III is referred to as a “third configuration example”.
  • the frequency of 73 to 81 GHz is used.
  • the radome layers 3 and 4 are made of the same material as in the first configuration example.
  • a configuration example of the radome 2 according to the characteristic line IV is referred to as a “fourth configuration example”.
  • the radome 2 of the fourth configuration example is different from the radome 2 of the first configuration example in the values of the thicknesses t1 and t2.
  • the Fresnel loss in the frequency range of 73 to 81 GHz can be reduced to 5% or less.
  • the Fresnel loss in the frequency range of 75 to 79 GHz can be reduced to 5% or less.
  • the radome layers are made of the same material as in the first configuration example.
  • d is set to 0.97 mm (that is, the interval d is set to a value based on Expression (3)).
  • a configuration example of the radome 2 ′ according to the characteristic line V is referred to as a “fifth configuration example”.
  • a predetermined frequency range including 77 GHz (more specifically, at least (Wavelength range of 70 to 90 GHz).
  • 77 GHz more specifically, at least (Wavelength range of 70 to 90 GHz.
  • the radome layers 3 and 4 are made of the same material as in the first configuration example.
  • a configuration example of the radome 2 according to the characteristic line VI is referred to as a “sixth configuration example”.
  • the radome 2 of the sixth configuration example is different from the radome 2 of the fourth configuration example in the value of the integer n and the values of the thicknesses t1 and t2.
  • the Fresnel loss in the frequency range of 75 to 79 GHz can be reduced to 5% or less.
  • the Fresnel loss in the frequency range of 72 to 82 GHz can be reduced to 5% or less.
  • the thickness direction of the radome layers 3 and 4 ( That is, the dimension of the support member 5 with respect to the direction along the Z axis) can be increased. That is, it is possible to use the thick supporting member 5 having the size of about 4 mm, and to enlarge the gap layer 6. As a result, the rigidity of the radome 2 can be easily improved while suppressing an increase in the weight of the radome 2.
  • the material of the radome layers 3 and 4 is not limited to fiber reinforced plastic such as glass fiber reinforced plastic or quartz fiber reinforced plastic.
  • the radome layers 3 and 4 may be made of a material different from these fiber-reinforced plastics as long as the material has a dielectric loss as small as these fiber-reinforced plastics.
  • the material of the support member 5 is not limited to plastic, fiber-reinforced plastic, or metal.
  • the support member 5 may be made of any material as long as the material is appropriate from the viewpoint of reducing the weight of the radome 2 and improving the rigidity of the radome 2.
  • the radiation wave is not limited to the millimeter wave, and the carrier frequency f is not limited to 77 GHz.
  • the antenna 1 may emit a radio wave having any frequency f as long as the frequency f is used for the radar device 100.
  • the antenna 1 may emit a so-called “microwave” or “submillimeter wave”.
  • the radar device 100 is not limited to a vehicle-mounted device, and the application of the radar device 100 is not limited to measuring the distance between a vehicle and an obstacle.
  • the radar device 100 may be used for radar for any purpose.
  • the radar device 100 includes the antenna 1 that radiates radio waves and the radome 2 for the antenna 1, and the radome 2 includes the first radome layer 3 and the first radome layer 3. And a gap layer 6 formed between the first radome layer 3 and the second radome layer 4, and a gap between the first radome layer 3 and the second radome layer 4.
  • the interval d is set to a value corresponding to an integral multiple of a half wavelength of the radio wave.
  • the structure in which the radome 2 has the gap layer 6 can improve the transmission of radio waves such as millimeter waves, reduce the weight of the radome 2, and combine the first radome layer 3 with the first radome layer 3.
  • a support member 5 can be provided between the two radome layers 4. Therefore, by using an appropriate material for the support member 5, the rigidity of the radome 2 can be improved while reducing the weight of the radome 2. Further, since the interval d is set to a value based on Expression (1), Fresnel loss in a predetermined frequency range including the carrier frequency f can be reduced.
  • the interval d is an interval with respect to the direction of radio wave emission from the antenna 1 (more specifically, the direction of the main beam). Thereby, the radiation wave (more specifically, the main beam) can pass through the radome 2 with the high transmittance as described above.
  • the gap layer 6 is formed by providing the support member 5 between the first radome layer 3 and the second radome layer 4.
  • the rigidity of the radome 2 can be improved while reducing the weight of the radome 2.
  • the support member 5 is disposed outside the area through which the radio wave passes in the radome 2 (more specifically, the area MB through which the main beam passes). This can prevent the support member 5 from interfering with the propagation of the radiation wave (more specifically, the main beam).
  • Each of the first radome layer 3 and the second radome layer 4 has a single-layer structure (see FIG. 2B).
  • the support member 5 By using the support member 5, sufficient rigidity can be ensured in the radar device 100 for a vehicle or the like, while eliminating the need for the laminated structure in each of the first radome layer 3 and the second radome layer 4. Since the structures of the radome layers 3 and 4 are simple, the manufacture of the radome layers 3 and 4 can be facilitated.
  • FIG. 7A is a front view showing a main part of the radar device according to Embodiment 2.
  • FIG. 7B is a sectional view taken along line AA ′ shown in FIG. 7A.
  • Second Embodiment A radar device 100a according to a second embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 7, the same components as those shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
  • the radome 2 in the radar device 100 according to Embodiment 1 has the first radome layer 3 and the second radome layer 4 each having a single-layer structure.
  • the radome 2a of the radar apparatus 100a according to the second embodiment has a first radome layer 3a and a second radome layer 4a each having a laminated structure.
  • the first radome layer 3a has a structure in which one core material layer 91 is provided between two coating layers 7 1 , 8 1 .
  • Coating layer 7 1, 8 for example, composed of PTFE (Polytetrafluoroethylene) fluororesin such, or phenolic resin.
  • Core layer 9 for example, composed of fiber-reinforced plastic such as glass fiber reinforced plastic or quartz fiber-reinforced plastic. That is, the coating layer 7 1, 8 1 of the dielectric constant epsilon 1 is smaller than the dielectric constant of the core layer 9 1.
  • Figure t1 indicates the thickness of the core layer 9 one of the first radome layer 3a.
  • Second radome layer 4a has two covering layers 7 2, 8 2 1 core layer 9 2 between has a structure provided.
  • Coating layer 7 2, 8 2 for example, constituted of the same material as the covering layer 7 1, 8 1.
  • Core layer 9 for example, constituted of the same material as the core layer 9 1. That is, the coating layer 7 2, 8 2 of the dielectric constant epsilon 2 is smaller than the dielectric constant of the core layer 9 2.
  • Figure t2 indicates the thickness of the core layer 9 2 of the second radome layer 4a.
  • the distance d between the first radome layer 3a and the second radome layer 4a is determined by the radiation in the gap layer 6.
  • the value is set to a value corresponding to an integral multiple of a half wavelength of the wave.
  • the interval d is set to a value based on Expression (1). That is, the interval d is set to the same value as that described in the first embodiment.
  • the two cover layers 7 1, 8 each of the thickness t3 of 1 is set to a value corresponding to a quarter wavelength of the radiation wave in the coating layer 7 1, 8 1. More specifically, the thickness t3 is set to a value based on the following equation (4). Further, the two cover layers 7 2, 8 each of the thickness t4 of 2 is set to a value corresponding to a quarter wavelength of the radiation wave in the coating layer 7 2, 8 2. More specifically, the thickness t4 is set to a value based on the following equation (5).
  • ⁇ 1 is a coefficient that satisfies the condition shown in the following equation (6).
  • beta 2 is a satisfying coefficients shown in the following equation (7).
  • the main part of the radar device 100a is configured.
  • the gap layer 6 since a layer having a low dielectric constant (that is, the gap layer 6) is provided between the first radome layer 3a and the second radome layer 4a, it is possible to improve the transmission of radio waves such as millimeter waves. it can. Second, since the gap layer 6 is formed between the first radome layer 3a and the second radome layer 4a, the weight of the radome 2a can be reduced. Third, since each of the first radome layer 3a and the second radome layer 4a has a laminated structure, the rigidity of each of the first radome layer 3a and the second radome layer 4a can be improved. .
  • the weight of the radome 2a can be reduced by a structure (not shown) in which the number of the support members 5 is reduced as compared with the radome 2 or by a structure in which the support members 5 are removed (see FIG. 7). It is possible to improve the rigidity of the radome 2a while aiming.
  • the millimeter wave transmittance by the radome 2a is determined at the carrier frequency f (for example, 77 GHz). It can be maximized. As a result, it is possible to improve the millimeter wave transmittance in a predetermined frequency range including the carrier frequency f.
  • the thickness t3 is set to a value based on Expression (4) and the thickness t4 is set to a value based on Expression (5), referring to FIGS. As will be described later, the frequency range in which the effect of improving the millimeter wave transmittance can be obtained as compared with the radome 2 can be expanded.
  • each of the characteristic line VII, the characteristic line VIII, the characteristic line IX, and the characteristic line X indicates the millimeter wave transmittance by the radome 2a.
  • These millimeter wave transmittances were calculated using the Fresnel equation. In the calculation of the millimeter wave transmittance, the dielectric loss is ignored, and the Fresnel loss is to be calculated.
  • the coating layers 7 1 , 7 2 , 8 1 , 8 2 are made of phenol resin, and the core layers 9 1 , 9 2 are made of glass fiber reinforced plastic. I have.
  • the relative permittivity of the phenol resin is 2.0, and the relative permittivity of the glass fiber reinforced plastic is 4.0.
  • a configuration example of the radome 2a according to the characteristic line VII is referred to as a “seventh configuration example”.
  • the coating layers 7 1 , 7 2 , 8 1 , 8 2 are made of the same material as in the seventh configuration example, and the core layers 9 1 , 9 2 are made of the seventh material. It is made of the same material as the configuration example.
  • a configuration example of the radome 2a according to the characteristic line VIII is referred to as an “eighth configuration example”.
  • the coating layers 7 1 , 7 2 , 8 1 , 8 2 are made of the same material as in the seventh configuration example, and the core material layers 9 1 , 9 2 are made of the seventh material. It is made of the same material as the configuration example.
  • a configuration example of the radome 2a according to the characteristic line IX will be referred to as a “ninth configuration example”.
  • a plus to the carrier frequency f is obtained.
  • Fresnel loss in a frequency range of minus about 20%, more specifically in a frequency range of 70 to 84 GHz, can be reduced to 5% or less.
  • the Fresnel loss in the frequency range can be reduced to 2% or less.
  • a configuration example of the radome 2a according to the characteristic line X is referred to as a “tenth configuration example”.
  • the Fresnel loss in the frequency range of 70 to 84 GHz can be reduced to 2% or less.
  • the Fresnel loss in the frequency range can be reduced to 1% or less. That is, by using the radome 2a of the tenth configuration example, the millimeter wave transmittance in the frequency range can be further improved as compared with the case of using the radome 2a of the seventh configuration example.
  • the material of the core layer 9 1, 9 2 is not limited to fiber-reinforced plastics such as glass fiber reinforced plastic or quartz fiber-reinforced plastic.
  • the core material layers 9 1 and 9 2 may be made of a material different from these fiber-reinforced plastics as long as the material has a dielectric loss as small as these fiber-reinforced plastics.
  • the material of the covering layer 7 1, 8 1 is not limited to the fluorine resin or phenolic resin.
  • the material of the covering layer 7 2, 8 2 is not limited to the fluorine resin or phenolic resin.
  • the radome 2a may have the same support member 5 as the radome 2. Thereby, the rigidity of the radome 2a can be further improved. However, as described above, the number of the support members 5 in the radome 2a may be smaller than the number of the support members 5 in the radome 2.
  • the radar apparatus 100a can employ various modifications similar to those described in the first embodiment, that is, various modifications similar to the radar apparatus 100.
  • radiation waves are not limited to millimeter waves.
  • the radar device 100a is not limited to a vehicle-mounted device.
  • each of the first radome layer 3a and the second radome layer 4a has a laminated structure. Therefore, the weight of the radome 2a can be reduced by a structure (not shown) in which the number of the support members 5 is reduced as compared with the radome 2 or by a structure in which the support members 5 are removed (see FIG. 7). It is possible to improve the rigidity of the radome 2a while aiming.
  • the laminated structure has two covering layers 7 and 8 and a core layer 9 provided between the two covering layers 7 and 8, and the thickness of each covering layer 7 and 8 is large. Is set to a value corresponding to a quarter wavelength of the radio wave. Since the thickness t3 is set to a value based on the equation (4) and the thickness t4 is set to a value based on the equation (5), the effect of reducing the Fresnel loss as compared with the radome 2 is improved. The resulting frequency range can be expanded.
  • any combination of the embodiments, a modification of an arbitrary component of each embodiment, or an omission of an arbitrary component in each embodiment is possible within the scope of the invention. .
  • the radar device of the present invention can be used, for example, for an in-vehicle millimeter-wave radar.

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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

レーダ装置
　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×λ０／２）　（１）
　λ０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＝λ０／４　（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７１，８１間に１個の心材層９１が設けられた構造を有している。被覆層７１，８１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９１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７１，８１の比誘電率ε１は心材層９１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９１の肉厚を示している。
　第２レドーム層４ａは、２個の被覆層７２，８２間に１個の心材層９２が設けられた構造を有している。被覆層７２，８２は、例えば、被覆層７１，８１と同様の材料により構成されている。心材層９２は、例えば、心材層９１と同様の材料により構成されている。すなわち、被覆層７２，８２の比誘電率ε２は心材層９２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９２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７１，８１の各々の肉厚ｔ３は、被覆層７１，８１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７２，８２の各々の肉厚ｔ４は、被覆層７２，８２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＝β１×｛λ０／（４×√ε１）｝　（４）
　ｔ４＝β２×｛λ０／（４×√ε２）｝　（５）
　β１は、以下の式（６）に示す条件を満たす係数である。β２は、以下の式（７）に示す条件を満たす係数である。
　０．９≦β１≦１．１　（６）
　０．９≦β２≦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７１，７２，８１，８２がフェノール樹脂により構成されており、かつ、心材層９１，９２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ε１＝ε２＝２．０であるところ、β１＝β２＝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７１，７２，８１，８２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９１，９２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ε１＝ε２＝２．０であるところ、β１＝β２＝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７１，７２，８１，８２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９１，９２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ε１＝ε２＝２．０であるところ、β１＝β２＝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、β１＝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、β１≠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、β２＝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、β２≠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９１，９２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９１，９２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７１，８１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７１，８１は、心材層９１の比誘電率よりも小さい比誘電率ε１を有する材料であって、心材層９１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７２，８２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７２，８２は、心材層９２の比誘電率よりも小さい比誘電率ε２を有する材料であって、心材層９２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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