WO2020162577A1

WO2020162577A1 - レーダ装置

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Publication number: WO2020162577A1
Application number: PCT/JP2020/004689
Authority: WO
Inventors: 中條　徳男; 永石　英幸; 隆史松村; 大坂　英樹; 黒田　浩司
Original assignee: 日立オートモティブシステムズ株式会社
Priority date: 2019-02-06
Filing date: 2020-02-06
Publication date: 2020-08-13
Also published as: EP3923020A4; JP2020126028A; JP7163209B2; EP3923020A1

Abstract

レーダ装置は、物体に向けて電波を放射する送信アンテナと、前記送信アンテナから放射された前記電波が前記物体で反射された反射波を受信する受信アンテナと、前記送信アンテナおよび前記受信アンテナを覆うレドームと、を備え、前記レドームは、前記送信アンテナに対応する位置において、互いに大きさの異なる複数の窪み部を有する。

Description

レーダ装置

　本発明は、レーダ装置に関する。

　近年、運転者のサポートや自動運転を実現するために、自動車の周囲を検出するレーダ装置の採用が進められている。こうしたレーダ装置は一般に、送信アンテナから電波を照射し、ターゲットで反射された電波を送信アンテナとは別に設けられた受信アンテナで受信して、ターゲットの位置や速度を算出する。

　自動車用のレーダ装置では、自動車の周囲を広くセンシングする必要から、なるべく広い視野角が求められている。しかしながら、視野角の広角化のために送信アンテナからの電波の照射範囲を広げると、その電波の一部がアンテナを保護するために設置されたカバー（レドーム）で反射され、受信アンテナに入射されることがある。こうしたターゲット以外からの反射波は、レーダ装置におけるターゲットの検出性能の劣化につながる。したがって、自動車用のレーダ装置では、視野角の広角化と、ターゲット以外からの反射波の低減との両立が求められている。

　上記に関する背景技術として、例えば下記の特許文献１が知られている。特許文献１では、レーダ装置において送信アンテナ部および受信アンテナ部を覆うカバー部材の面を表裏で非平行として、このカバー部材からの反射による影響を抑制する技術が開示されている。

日本国特開２０１６－１２５８８３号公報

　特許文献１の技術では、カバー部材からの反射波を低減することは可能であるが、視野角の広角化に対する効果は得られない。そのため、視野角の広角化と、ターゲット以外からの反射波の低減との両立は困難である。

　本発明によるレーダ装置は、物体に向けて電波を放射する送信アンテナと、前記送信アンテナから放射された前記電波が前記物体で反射された反射波を受信する受信アンテナと、前記送信アンテナおよび前記受信アンテナを覆うレドームと、を備え、前記レドームは、前記送信アンテナに対応する位置において、互いに大きさの異なる複数の窪み部を有する。

　本発明によれば、視野角の広角化と、ターゲット以外からの反射波の低減とを両立することができる。

本発明の第１の実施形態に係るレーダ装置を示す図レーダ装置の自動車への搭載例を示す図本発明の第１の実施形態に係るレーダ装置におけるアンテナ利得を示す図比較例に係るレーダ装置を示す図比較例に係るレーダ装置におけるアンテナ利得を示す図本発明の第２の実施形態に係るレーダ装置を示す図本発明の第３の実施形態に係るレーダ装置を示す図本発明の第４の実施形態に係るレーダ装置を示す図本発明の第５の実施形態に係るレーダ装置を示す図

　以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施する事が可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。

　図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。

　同一あるいは同様な機能を有する構成要素が複数ある場合には、同一の符号に異なる添字を付して説明する場合がある。ただし、これらの複数の構成要素を区別する必要がない場合には、添字を省略して説明する場合がある。

　以下では、本発明の実施形態に係るレーダ装置について、図面を用いて説明する。

（第１の実施形態）
　図１は、本発明の第１の実施形態に係るレーダ装置１を示す図である。図１（ａ）は、本実施形態に係るレーダ装置１の平面透視図であり、図１（ｂ）は、本実施形態に係るレーダ装置１の断面図である。図１に示すように、本実施形態のレーダ装置１には、アンテナ基板５の上に送信アンテナ３および受信アンテナ４が搭載されている。送信アンテナ３は、ターゲットの物体に向けて電波を放射し、受信アンテナ４は、送信アンテナ３から放射された電波がターゲットの物体で反射された反射波を受信する。送信アンテナ３および受信アンテナ４は、例えば図１（ａ）に示したように、複数のアンテナ素子を直線状に並べて配置したアレイアンテナによってそれぞれ構成される。なお、アレイアンテナ以外のアンテナを用いて送信アンテナ３および受信アンテナ４を構成してもよい。

　送信アンテナ３には、送信アンテナ３へ変調された信号を送り、送信アンテナ３に電波を放射させる送信回路６が接続されている。受信アンテナ４には、受信アンテナ４が受信したターゲットからの反射波を増幅および復調して受信信号を生成する受信回路７と、受信信号からターゲットの位置や速度を算出する信号処理回路８とが接続されている。

　また、本実施形態のレーダ装置１には、送信アンテナ３および受信アンテナ４を保護するためのカバー（レドーム）２が、これらのアンテナを覆うように設置されている。このレドーム２は、電波を透過する材料、例えば樹脂等を用いて構成されている。なお、図１（ａ）ではレーダ装置１の内部構造が分かるように、レドーム２の一部を透過させて、送信アンテナ３、受信アンテナ４およびアンテナ基板５を図示している。

　レドーム２は、送信アンテナ３に対応する位置、すなわち送信アンテナ３の直上に当たる位置において、互いに大きさの異なる第１窪み部２ａおよび第２窪み部２ｂを有している。第１窪み部２ａおよび第２窪み部２ｂは、図１（ａ）に示すように、送信アンテナ３の長手方向に沿ってそれぞれ形成されている。また、図１（ｂ）に示すように、第１窪み部２ａよりも第２窪み部２ｂが大きく、第２窪み部２ｂの一部は、送信アンテナ３が電波を放射する方向であるｚ軸方向に沿って、第１窪み部２ａと重なっている。本実施形態では、第１窪み部２ａと第２窪み部２ｂが共にレドーム２の内側面、すなわち送信アンテナ３および受信アンテナ４に対応する側の面に設けられている。そのため、第２窪み部２ｂの上に第１窪み部２ａが重ねて形成されており、これらの窪み部の間には段差が存在している。なお、レドーム２の外側面、すなわち第１窪み部２ａおよび第２窪み部２ｂが設けられていない側の面は、本実施形態では平面とされている。

　図１（ｂ）において、送信アンテナ３によるレーダ装置１の視野角を符号３０に示す範囲とすると、第１窪み部２ａの幅は、この視野角３０の範囲内に配置されることが好ましい。なお、視野角３０とは、レーダ装置１において信号処理回路８が受信信号に基づいてターゲットの物体を検出可能な範囲であり、送信アンテナ３および受信アンテナ４の利得や、送信回路６から送信アンテナ３へ出力される信号の大きさ等に応じて決定される。一方、第２窪み部２ｂの幅は、視野角３０の範囲と同じか、それよりも広い範囲に配置されることが好ましい。第２窪み部２ｂの幅を視野角３０よりも広い範囲とした場合、図１（ｂ）に示すように、第２窪み部２ｂは視野角３０の範囲外の領域を有することとなる。

　図２は、レーダ装置１の自動車への搭載例を示す図である。レーダ装置１は、自動車である車両１００の左前方に存在する障害物等を検出するために、例えば図２に示す位置において、ｚ軸を車両１００の左斜め前方向に向けて搭載される。これにより、例えば視野角３０の角度を２θとすると、車両１００の左前方を中心として左右でそれぞれθの角度範囲内に存在する物体が、レーダ装置１により検出される。

　なお、図２では車両１００におけるレーダ装置１の搭載位置の一例を示しており、他の位置に搭載してもよい。また、複数台のレーダ装置１を車両１００において別々の位置にそれぞれ搭載してもよい。

　次に、レドーム２における第１窪み部２ａおよび第２窪み部２ｂの効果について説明する。図３は、本発明の第１の実施形態に係るレーダ装置１におけるアンテナ利得の電磁界解析結果を示す図である。また、図４は、比較例に係るレーダ装置１０を示す断面図であり、図５は、比較例に係るレーダ装置１０におけるアンテナ利得の電磁界解析結果を示す図である。図４に示す比較例では、レーダ装置１０においてレドーム２０には窪み部が設けられておらず、内側面と外側面のいずれも平面とされている。これ以外の点は、図１に示したレーダ装置１と同様の構造を有している。

　図４に示す比較例のレーダ装置１０では、レドーム２０に窪み部が設けられていないため、アンテナ面の法線方向に対応する０°付近を中心に、送信アンテナ３から放射される電波が強い電界分布となる。その結果、送信アンテナ３を比較例のレドーム２０と組み合わせたときのアンテナ利得は、図５に示すように、０°付近を頂点としてなだらかに減少する形状となる。このアンテナ利得によるレーダ装置１０の視野角３１は、約±５０°である。

　一方、図１に示した本実施形態のレーダ装置１では、レドーム２に設けられた第１窪み部２ａが、送信アンテナ３から放射される電波に対する凹レンズとして機能する。この凹レンズの効果により、送信アンテナ３から放射される電波は、アンテナ面の法線方向から周囲に向けて分散され、第１窪み部２ａの周辺において強い電界分布となる。その結果、送信アンテナ３を本実施形態のレドーム２と組み合わせたときのアンテナ利得は、図３に示すように、０°付近を中心に広角度方向に広がる台形状となる。これは、図５に示した従来例のアンテナ利得と比べて、－５０°以下および＋５０°以上の領域で２～３ｄＢ程度の利得が増えている。このアンテナ利得によるレーダ装置１の視野角３０は約±７０°であり、比較例の約±５０°と比べて大きく広がっていることが分かる。

　また、比較例のレーダ装置１０では、レドーム２０に窪み部が設けられていないため、送信アンテナ３から放射される電波の一部がレドーム２０で反射されて受信アンテナ４付近に強い電界分布が生じる。このレドーム２０による反射波がターゲットからの反射波と混ざり合って受信アンテナ４で受信されることにより、比較例のレーダ装置１０では検出性能が劣化する。

　一方、本実施形態のレーダ装置１では、レドーム２に設けられた第２窪み部２ｂにより、視野角３０の外側における送信アンテナ３からレドーム２への入射角が、第２窪み部２ｂを設けない場合と比べて小さくなり、これに伴って反射係数も小さくなる。したがって、送信アンテナ３から放射される電波が受信アンテナ４の方向に反射されるのを抑制し、受信アンテナ４付近に強い電界分布が生じないようにすることができる。

　以上説明したように、本実施形態のレーダ装置１では、レドーム２に第１窪み部２ａおよび第２窪み部２ｂを設けたことにより、視野角の広角化と、ターゲット以外からの反射波の低減とを両立することができる。

　以上説明した本発明の第１の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

（１）レーダ装置１は、ターゲットの物体に向けて電波を放射する送信アンテナ３と、送信アンテナ３から放射された電波が物体で反射された反射波を受信する受信アンテナ４と、送信アンテナ３および受信アンテナ４を覆うレドーム２とを備える。レドーム２は、送信アンテナ３に対応する位置において、互いに大きさの異なる複数の窪み部を有する。このようにしたので、視野角の広角化と、ターゲット以外からの反射波の低減とを両立することができる。

（２）レドーム２の窪み部は、第１窪み部２ａと、第１窪み部２ａよりも大きい第２窪み部２ｂとを含む。第２窪み部２ｂの一部は、送信アンテナ３が電波を放射する方向に沿って第１窪み部２ａと重なっている。このようにしたので、第１窪み部２ａおよび第２窪み部２ｂを、それぞれ適切な大きさと位置に配置することができる。

（３）レーダ装置１は、受信アンテナ４が受信した反射波に基づいてターゲットの物体を検出する信号処理回路８をさらに備える。第１窪み部２ａは、信号処理回路８が物体を検出可能な視野角３０の範囲内に配置され、第２窪み部２ｂは、視野角３０の範囲外の領域を有することが好ましい。このようにすれば、送信アンテナ３から放射される電波に対して第１窪み部２ａを凹レンズとして機能させ、視野角を効果的に広げることができるとともに、送信アンテナ３から放射される電波が受信アンテナ４の方向に反射されるのを第２窪み部２ｂで抑制し、ターゲット以外からの反射波を効果的に低減することができる。

（第２の実施形態）
　図６は、本発明の第２の実施形態に係るレーダ装置１を示す断面図である。本実施形態のレーダ装置１では、第１窪み部２ａがレドーム２の内側面ではなく、反対側の外側面に設けられている。これ以外の点は、図１に示した第１の実施形態のレーダ装置１と同様の構造を有している。

　本実施形態のレーダ装置１でも、第１の実施形態と同様に、レドーム２に設けられた第１窪み部２ａが、送信アンテナ３から放射される電波に対する凹レンズとして機能する。したがって、視野角３０の広角化が可能となる。また、レドーム２に設けられた第２窪み部２ｂにより、送信アンテナ３から放射される電波が受信アンテナ４の方向に反射されるのが抑制される。したがって、ターゲット以外からの反射波の低減が可能となる。

（第３の実施形態）
　図７は、本発明の第３の実施形態に係るレーダ装置１を示す断面図である。本実施形態のレーダ装置１では、第１窪み部２ａがレドーム２の内側面と外側面にそれぞれ設けられている。なお、これらの２つの第１窪み部２ａの曲率は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。これ以外の点は、図１に示した第１の実施形態のレーダ装置１と同様の構造を有している。

　本実施形態のレーダ装置１でも、第１の実施形態と同様に、レドーム２の内側面と外側面にそれぞれ設けられた２つの第１窪み部２ａが、送信アンテナ３から放射される電波に対する凹レンズとして機能する。したがって、凹レンズの効果をより高めて、視野角３０の広角化が可能となる。また、レドーム２に設けられた第２窪み部２ｂにより、送信アンテナ３から放射される電波が受信アンテナ４の方向に反射されるのが抑制される。したがって、ターゲット以外からの反射波の低減が可能となる。

（第４の実施形態）
　図８は、本発明の第４の実施形態に係るレーダ装置１を示す断面図である。本実施形態のレーダ装置１では、大きさと曲率が異なる２つの第１窪み部２ａがレドーム２の内側面に重ねて設けられている。これ以外の点は、図１に示した第１の実施形態のレーダ装置１と同様の構造を有している。

　本実施形態のレーダ装置１でも、第１の実施形態と同様に、レドーム２の内側面に設けられた２つの第１窪み部２ａが、送信アンテナ３から放射される電波に対する凹レンズとして機能する。したがって、凹レンズの効果をより高めて、視野角３０の広角化が可能となる。また、レドーム２に設けられた第２窪み部２ｂにより、送信アンテナ３から放射される電波が受信アンテナ４の方向に反射されるのが抑制される。したがって、ターゲット以外からの反射波の低減が可能となる。

　以上説明した本発明の第２～第４の各実施形態によれば、第１の実施形態と同様の作用効果を奏する。

　なお、第３の実施形態では、第１窪み部２ａがレドーム２の内側面と外側面にそれぞれ設けられており、第４の実施形態では、２つの第１窪み部２ａがレドーム２の内側面に設けられている例を説明したが、２つの第１窪み部２ａをレドーム２の外側面に設けてもよいし、３つ以上の第１窪み部２ａを設けてもよい。複数の第１窪み部２ａがレドーム２の内側面および外側面の少なくとも一方に設けられていれば、第３、第４の実施形態で説明したように、凹レンズの効果をより高めて、視野角３０の広角化が可能となる。

（第５の実施形態）
　図９は、本発明の第５の実施形態に係るレーダ装置１を示す断面図である。本実施形態のレーダ装置１では、レドーム２は、第２窪み部２ｂの視野角３０の範囲外の領域に、他の領域（視野角３０の範囲内の領域）よりも導電性が低い材料で形成された低導電性部２ｃを有している。これ以外の点は、図１に示した第１の実施形態のレーダ装置１と同様の構造を有している。

　本実施形態のレーダ装置１では、送信アンテナ３から放射される電波のうち、視野角３０の範囲外の部分は低導電性部２ｃにより吸収されるため、不要な電波が受信アンテナ４の方向に反射されるのがより一層抑制される。したがって、視野角の広角化を達成しつつ、ターゲット以外からの反射波のさらなる低減が可能となる。

　なお、図９の例では、第１の実施形態と同様の第１窪み部２ａおよび第２窪み部２ｂを有するレドーム２において低導電性部２ｃを設けているが、図６～８でそれぞれ示した第２～第４の各実施形態と同様の第１窪み部２ａおよび第２窪み部２ｂを有するレドーム２において、第２窪み部２ｂの視野角３０の範囲外の領域に、それぞれ低導電性部２ｃを設けてもよい。このようにしても、視野角３０から外れた不要な電波が受信アンテナ４の方向に反射されるのを抑制し、ターゲット以外からの反射波のさらなる低減が可能となる。

　以上説明した本発明の第５の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の作用効果を奏するとともに、ターゲット以外からの反射波のさらなる低減が可能となる。

　なお、第１～第５の各実施形態では、第１窪み部２ａおよび第２窪み部２ｂがそれぞれ曲面で構成されている例を説明したが、複数の平面で構成されていてもよい。また、送信アンテナ３や受信アンテナ４が複数のアンテナでそれぞれ構成されていてもよい。

　以上説明した各実施形態や各種変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。また、上記では種々の実施形態や変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

　次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
　日本国特許出願２０１９－２００５４（２０１９年２月６日出願）

　１…レーダ装置、２…カバー（レドーム）、２ａ…第１窪み部、２ｂ…第２窪み部、３…送信アンテナ、４…受信アンテナ、５…アンテナ基板、６…送信回路、７…受信回路、８…信号処理回路

Claims

　物体に向けて電波を放射する送信アンテナと、
　前記送信アンテナから放射された前記電波が前記物体で反射された反射波を受信する受信アンテナと、
　前記送信アンテナおよび前記受信アンテナを覆うレドームと、を備え、
　前記レドームは、前記送信アンテナに対応する位置において、互いに大きさの異なる複数の窪み部を有することを特徴とするレーダ装置。
　請求項１に記載のレーダ装置において、
　前記窪み部は、第１窪み部と、前記第１窪み部よりも大きい第２窪み部と、を含み、
　前記第２窪み部の一部は、前記送信アンテナが前記電波を放射する方向に沿って前記第１窪み部と重なっていることを特徴とするレーダ装置。
　請求項２に記載のレーダ装置において、
　前記受信アンテナが受信した前記反射波に基づいて前記物体を検出する信号処理回路をさらに備え、
　前記第１窪み部は、前記信号処理回路が前記物体を検出可能な視野角の範囲内に配置され、
　前記第２窪み部は、前記視野角の範囲外の領域を有することを特徴とするレーダ装置。
　請求項３に記載のレーダ装置において、
　前記レドームは、前記第２窪み部の前記視野角の範囲外の領域で、前記視野角の範囲内の領域よりも低い導電性を有することを特徴とするレーダ装置。
　請求項２から請求項４のいずれか一項に記載のレーダ装置において、
　前記レドームは、前記送信アンテナおよび前記受信アンテナに対向する内側面と、前記内側面と反対側の外側面と、を有し、
　前記第１窪み部および前記第２窪み部は、前記内側面に設けられていることを特徴とするレーダ装置。
　請求項２から請求項４のいずれか一項に記載のレーダ装置において、
　前記レドームは、前記送信アンテナおよび前記受信アンテナに対向する内側面と、前記内側面と反対側の外側面と、を有し、
　前記第２窪み部は、前記内側面に設けられており、
　前記第１窪み部は、前記外側面に設けられていることを特徴とするレーダ装置。
　請求項２から請求項４のいずれか一項に記載のレーダ装置において、
　前記レドームは、前記送信アンテナおよび前記受信アンテナに対向する内側面と、前記内側面と反対側の外側面と、を有し、
　前記レドームは、複数の前記第１窪み部を有し、
　前記第２窪み部は、前記内側面に設けられており、
　複数の前記第１窪み部は、前記内側面および前記外側面の少なくとも一方に設けられていることを特徴とするレーダ装置。