DE112006003644B4

DE112006003644B4 - Radarvorrichtung

Info

Publication number: DE112006003644B4
Application number: DE112006003644T
Authority: DE
Inventors: Tomohiro Nagaokakyo-shi Nagai
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2006-01-23
Filing date: 2006-12-21
Publication date: 2011-05-19
Anticipated expiration: 2026-12-22
Also published as: US20080291088A1; WO2007083479A1; JPWO2007083479A1; DE112006003644T5; US7525479B2; JP4844566B2

Abstract

Eine Radarvorrichtung, die folgende Merkmale umfasst:
ein Antennenarray, in dem eine Mehrzahl von Antennen, die sowohl senden als auch empfangen können, angeordnet sind; und
eine Auswahleinrichtung zum Auswählen einer Sendeantenne und einer Empfangsantenne aus den Antennen, die sowohl senden als auch empfangen können,
wobei eine Sendewelle, deren Frequenz moduliert wurde, von der Sendeantenne, die durch die Auswahleinrichtung ausgewählt wird, gesendet wird, eine reflektierte Welle, die von der Reflexion der Sendewelle erhalten wird, durch eine der Empfangsantennen, die durch die Auswahleinrichtung durch aufeinanderfolgendes Schalten der Empfangsantennen ausgewählt wird, empfangen wird, und ein Azimut eines Objekts erfasst wird unter Verwendung einer Phasendifferenz zwischen reflektierten Wellen, die durch die Empfangsantennen empfangen werden, und
wobei in dem Antennenarray jeweils N1 Antennen, die sowohl senden als auch empfangen können, mit einem Abstand d zwischen denselben an jedem der beiden Endabschnitte angeordnet sind, und ein Abstand zwischen den Antennen, die sowohl senden...

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine FM-CW-Radarvorrichtung, die beispielsweise für Automobilantikollision verwendet wird. Genauer gesagt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine holographische Radarvorrichtung, die eine Arrayantenne verwendet.
Hintergrund der Technik
Verschiedene Typen von autobefestigten Radarvorrichtungen, die beispielsweise ein FM-CW-Verfahren verwenden, wurden entwickelt. Beispielsweise umfasst eine Radarvorrichtung gemäß Patentdokument 1 eine Sendeantenne und eine Mehrzahl von Empfangsantennen, die gleichmäßig voneinander beabstandet sind. Die Radarvorrichtung empfängt eine reflektierte Welle durch aufeinanderfolgendes Schalten der Empfangsantennen während eines Modulationszyklus einer Sendewelle. Ein Azimut eines Objekts wird erfasst durch Berechnen von Phasendifferenzen zwischen reflektierten Wellen, die jeweils durch eine der Empfangsantennen empfangen werden.
Teil (A) von 9 ist ein Blockdiagramm einer Radarvorrichtung in einem Beispiel 1 des Stands der Technik, das dem Patentdokument 1 entspricht, in einem Fall, in dem neun Empfangskanäle realisiert sind. Teil (B) von 9 ist ein Diagramm, das einen Empfangskanalzustand mit dieser Struktur zeigt. Die Radarvorrichtung bei dem Beispiel 1 des Stands der Technik umfasst Empfangsantennen 101 bis 109, eine Sendeantenne 110, Schaltschaltungen 201 bis 204, einen VCO 301, eine Verzweigungsschaltung 302, einen LNA 303, einen Mischer 304 und einen Zf-Verstärker 305. In diesem Fall sind die Empfangsantennen 101 bis 109 gleichmäßig beabstandet um einen Abstand d. Die Empfangsantennen 101 bis 109, die um den Abstand d gleichmäßig voneinander beabstandet sind, empfangen eine reflektierte Welle, die einer Sendewelle entspricht, die von der Sendeantenne 110 gesendet wird. Wie es in Teil (B) von 9 gezeigt ist, wird jede der reflektierten Wellen einem entsprechenden der Kanäle CH1 bis CH9 zugewiesen, die mit einer Phasendifferenz (2πdsinθ)/λ zwischen denselben angeordnet sind.
Außerdem umfasst eine Radarvorrichtung gemäß Patentdokument 2 eine Mehrzahl von Sendeantennen, die gleichmäßig beabstandet sind um einen ersten Abstand, und eine Mehrzahl von Empfangsantennen, die gleichmäßig beabstandet sind um einen zweiten Abstand. Eine Sendewelle wird durch aufeinanderfolgendes Schalten der Sendeantennen gesendet, und die Sendewelle wird durch aufeinanderfolgendes Schalten der Empfangsantennen für jede der Sendeantennen empfangen.
Teil (A) von 10 ist ein Blockdiagramm einer Radarvorrichtung in einem Beispiel 2 des Stands der Technik, das dem Patentdokument 2 entspricht, in einem Fall, in dem neun Empfangskanäle realisiert sind. Teil (B) von 10 ist ein Diagramm, das einen Empfangskanalzustand mit dieser Struktur zeigt. Die Radarvorrichtung in dem Beispiel 2 des Stands der Technik umfasst die Empfangsantennen 101 bis 103, Sendeantennen 111 bis 113, Schaltschaltungen 205 und 206, den VCO 301, die Verzweigungsschaltung 302, den LNA 303, den Mischer 304 und den Zf-Verstärker 305. In diesem Fall sind die Empfangsantennen 101 bis 103 gleichmäßig beabstandet um den Abstand d, und die Sendeantennen 111 bis 113 sind gleichmäßig beabstandet um einen Abstand 3d. Die Empfangsantennen 101 bis 103 empfangen nacheinander eine reflektierte Welle, die von der Reflexion einer Sendewelle erhalten wird, die von den Sendeantennen 111, 112 und 113 gesendet wird, die nacheinander geschaltet werden. Wie es in Teil (B) von 10 gezeigt ist, ist jede der reflektierten Welle einem entsprechenden der Kanäle CH1 bis CH9 zugewiesen, die mit einer Phasendifferenz (2πdsinθ)/λ zwischen denselben angeordnet sind.
Außerdem umfasst eine Radarvorrichtung gemäß Patentdokument 3 eine Mehrzahl von Sende- und Empfangs-Zweiwegantennen, und jeder der Abstände zwischen den Sende- und Empfangs-Zweiwegantennen ist auf einen vorbestimmten Wert eingestellt. Eine Sendeantenne ist in Synchronisation mit einem Modulationszyklus der Sendewelle ausgewählt, und eine Empfangsantenne ist in einem Zyklus ausgewählt, der kürzer ist als der Modulationszyklus für die ausgewählte Sendeantenne.
11 ist ein Blockdiagramm einer Radarvorrichtung in einem Beispiel 3 des Stands der Technik, das dem Patentdokument 3 entspricht, in einem Fall, in dem elf Empfangskanäle realisiert sind. Die Radarvorrichtung in dem Beispiel 3 des Stands der Technik umfasst Sende- und Empfangs-Zweiwegantennen 401 bis 404, Schaltschaltungen 501 und 502, den VCO 301, einen Koppler 302, den LNA 303, den Mischer 304 und den Zf-Verstärker 305. In diesem Fall sind die Sende- und Empfangs-Zweiwegantennen 401 bis 404 mit Abständen d, 2d und 2d in dieser Reihenfolge zwischen denselben angeordnet. Eine der Sende- und Empfangs-Zweiwegantennen ist als eine Sendeantenne ausgewählt und sendet eine Sendewelle, und die Sende- und Empfangs-Zweiwegantennen werden aufeinanderfolgend ausgewählt als eine Empfangsantenne und empfangen aufeinanderfolgend eine reflektierte Welle. Auf diese Weise, wie es in 12 gezeigt ist, wird jede der reflektierten Wellen einem entsprechenden der Empfangskanäle zugewiesen. 4 in dem Patentdokument 3 zeigt ein Diagramm, in dem als die Anzahl von Kanälen elf Kanäle zugewiesen wurden. Dies liegt daran, dass in dem Patentdokument 3 die Kanalzuweisung dieser Kanäle unter Verwendung von Zeitdifferenzen eingestellt ist. Das heißt, da die Kanäle unter Verwendung der Zeitdifferenzen zugewiesen werden, werden die elf Kanäle mit Zeitdifferenzen zwischen denselben gemäß einem Signal gebildet, als ein Standard, das durch die Sendeantenne empfangen wird. Falls dies bezüglich Positionsdifferenzen im Raum eingestellt ist, wird die Antenne 401, die an einem Ende angeordnet ist, ein Standard für ein Sende- und Empfangssignal, und die Anzahl von Kanälen und Abständen der Kanäle, wie es in 12 der vorliegenden Erfindung gezeigt ist, wird erhalten.
Patentdokument 1: japanisches Patent Nr. 3622565
Patentdokument 2: japanisches Patent Nr. 3368874
Patentdokument 3: japanische ungeprüfte Patentanmeldung Nr. 2005-3393
Offenbarung der Erfindung
Probleme, die durch die Erfindung zu lösen sind In dem Beispiel 1 des Stands der Technik sind die neun Empfangsantennen jedoch notwendig in einem Fall, in dem neun Empfangskanäle gebildet sind. Zusätzlich zu diesen Antennen ist außerdem die Sendeantenne 110 notwendig. Darüber hinaus sind eine Mehrzahl von Stufen der Schaltschaltungen 201 bis 204 notwendig, die verwendet werden, um eine Empfangsantenne von den Empfangsantennen 101 bis 109 auszuwählen. Somit ist solch eine Radarvorrichtung groß, und der Verlust des Empfangssignals erhöht sich.
In dem Beispiel 2 des Stands der Technik ist die Anzahl von Antennen verringert im Vergleich zu dem Beispiel 1 des Stands der Technik; Abstände zwischen den Sendeantennen 111 bis 113 müssen jedoch groß eingestellt werden, und solch eine Radarvorrichtung ist nach wie vor groß.
Bei dem Beispiel 3 des Stands der Technik kann bezüglich eines Punkts, dass neun Kanäle realisiert sind, eine kleine Radarvorrichtung realisiert werden im Vergleich zu den Beispielen 1 und 2 des Stands der Technik. Die Kanäle sind jedoch in dem Beispiel 3 des Stands der Technik nicht eingestellt, um mit einer einheitlichen Phasendifferenz zwischen denselben angeordnet zu sein, da die Sende- und Empfangs-Zweiwegantennen mit Abständen angeordnet sind, deren Verhältnis 1:2:2 beträgt. Bei dem in 12 gezeigten Beispiel fehlen die Kanäle CH8 und CH10 von den elf Kanälen, und die Phasendifferenz zwischen den Kanälen CH7 und CH9 beträgt 4πd(sinθ)/λ, und die Phasendifferenz zwischen den Kanälen CH9 und CH11 beträgt 4πd(sinθ)/λ. Die Phasendifferenz zwischen den anderen Kanälen beträgt 2πd(sinθ)/λ. Somit müssen im wesentlichen neun Kanäle, die nicht mit einer einheitlichen Phasendifferenz zwischen denselben angeordnet sind, verwendet werden. Daher ist der Azimut eines Objekts teilweise nicht erfasst, und die Azimuterfassungsleistung für die Objekterfassung ist gering.
Somit ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Radarvorrichtung zu realisieren, die eine hohe Azimuterfassungsleistung aufweist, ohne dass das Auftreten des Azimuts eines Objekts teilweise nicht erfasst ist, selbst wenn die Größe der Radarvorrichtung klein ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Radarvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
Mit der erfindungsgemäßen Struktur ist in der Antenne, die sowohl senden als auch empfangen kann und Antennenarray bildet, ein Anordnungsabstand zwischen den Antennen, die sowohl senden als auch empfangen können und beide Endabschnitte bilden, schmaler als ein Abstand zwischen beiden Endabschnitten oder ein Anordnungsabstand zwischen den Antennen, die sowohl senden als auch empfangen können und an dem Mittelabschnitt zwischen beiden Endabschnitten angeordnet sind. Das heißt, die Antennenanordnung ist in beiden Endabschnitten dichter als in dem Mittelabschnitt.
Da in diesem Fall, mit Bezugnahme auf jede Sendeantenne, ein Kanal auf der Basis eines Anordnungsabstands zwischen den Empfangsantennen zugeordnet ist, ist eine Phasendifferenz zwischen Kanälen in einem Abschnitt breiter, der dem Mittelabschnitt des Antennenarrays für jede Sendeantenne entspricht. Da hier die Sendeantennen fortlaufend geschaltet werden und Signale fortlaufend emittiert werden, selbst wenn die Sendeantennen geschaltet sind, ist die Sendeantenne, die als Standard angesehen wird, die Antenne, die sowohl senden als auch empfangen kann, und war die Sendeantenne, die zuerst ausgewählt wurde. Ein Kanal, der durch eine Empfangsantenne eingestellt wird, die einer Sendeantenne entspricht, zu der die erste Sendeantenne geschaltet wurde, wird verschoben gemäß einer Positionsbeziehung zwischen der ersten Sendeantenne und der Antenne, zu der die erste Sendeantenne geschaltet wurde. Somit sind alle Kanäle auf Phasen eingestellt, die der ersten ausgewählten Sendeantenne entsprechen.
Demgemäß werden die Sendeantennen geschaltet und verschoben. Dies bewirkt, dass ein Kanalanordnungsmuster ebenfalls verschoben wird, und ein Abschnitt, dessen Phasendifferenz zwischen Kanälen relativ groß ist und der dem Mittelabschnitt des Antennenarrays für eine einzelne Sendeantenne entspricht, wird interpoliert durch Verwenden eines Abschnitts, dessen Phasendifferenz zwischen Kanälen relativ klein ist, und der beiden Endabschnitten des Antennenarrays für eine andere Sendeantenne entspricht. In diesem Fall, wie es oben beschrieben wurde, wird ein Zustand, in dem die Empfangsantennen mit einem gleichmäßigen Abstand angeordnet sind, auf eine Pseudoweise gebildet, durch Einstellen eines Abstands zwischen Antennen, die zwischen beiden Endabschnitten angeordnet sind, oder in dem Mittelabschnitt angeordnet sind, auf einen Wert, der erhalten wird durch Multiplizieren der Anzahl von Antennen, die beide Endabschnitte bilden, mit einem Abstand zwischen den Antennen an beiden Endabschnitten. Somit, wie es in 1 gezeigt ist, werden die Phasendifferenzen zwischen den Kanälen insgesamt gleich.
Bei der Radarvorrichtung gemäß dieser Erfindung kann die Auswahleinrichtung eine Auswahl durchführen durch Schalten der Sendeantennen in einem Zyklus, der kürzer ist als ein Modulationszyklus der Sendewelle.
Indem eine Schaltgeschwindigkeit zwischen den Antennen, die sowohl senden als auch empfangen können, schneller gemacht wird, gibt es mit dieser Struktur beinahe keine Zeitdifferenz zwischen Empfangssignalen (reflektierten Wellen) an jeder der Empfangsantennen, und Erfassungsverarbeitung wird durchgeführt unter der Annahme, dass sich das Erfassungsobjekt nicht bewegt.
Bei der Radarvorrichtung gemäß dieser Erfindung kann die Gesamtzahl von Antennen, die das Antennenarray bilden, und sowohl senden als auch empfangen können, eine Ganzzahl N sein, die zwei oder mehr ist, und die Anzahl der Antennen N1, die an beiden Endabschnitten des Arrays angeordnet sind und in der Lage sind, sowohl zu senden als auch zu empfangen, kann eine Ganzzahl am nächsten zu (N + 3)/4 sein.
Mit dieser Struktur ist die Anzahl der Antennen, die sowohl senden als auch empfangen können, und an beiden Endabschnitten angeordnet sind, eingestellt, um die Ganzzahl am nächsten zu (N + 3)/4 zu sein. Falls die Gesamtzahl der Antennen N ist, ist die Anzahl von Kanälen, die eingestellt werden können, 2(N – 2N1 + 3)·N1 – 3 gemäß einer oben beschriebenen Anordnungsbedingung für die Antennen, die sowohl senden als auch empfangen können. Wenn somit N1 = (N + 3)/4 ist, ist die Anzahl von Kanälen das Maximum. Da jedoch die Anzahl der Antennen, die sowohl senden als auch empfangen können, selbstverständlich eine Ganzzahl ist, ist ein Antennenarray, das für die eingestellte Gesamtzahl von Antennen, die sowohl senden als auch empfangen können, geeignet ist, gebildet durch Festlegen von N1, die die nächste Ganzzahl ist, die N1 ≠ (N + 3)/4 erfüllt, als die Anzahl von Antennen, die sowohl senden als auch empfangen können, an beiden Endabschnitten.
Bei der Radarvorrichtung gemäß dieser Erfindung können die Antennen, die sowohl senden als auch empfangen können, die in dem Antennenarray enthalten sind, in einer geraden Linie auf eine Weise angeordnet sein, so dass Sende- und Empfangsoberflächen der Antennen, die sowohl senden als auch empfangen können, in die gleiche Richtung gerichtet sind.
Mit dieser Struktur senden die Antennen, die sowohl senden als auch empfangen können und das Antennenarray bilden, Sendewellen an Erfassungsbereiche, die etwa gleich sind, und empfangen reflektierte Wellen, die von diesen Erfassungsbereichen reflektiert werden, und die Antennen, die sowohl senden als auch empfangen können, sind in der Richtung einer Dimension angeordnet. Dies vereinfacht eine Phasenbeziehung zwischen den Kanälen und vereinfacht die Phasendifferenzberechnungsverarbeitung.
Bei der Radarvorrichtung gemäß dieser Erfindung ist eine Antenne für Weitwinkelerfassung an beiden Enden der Arrayantenne auf eine Weise angeordnet, dass eine Sende- und Empfangsoberfläche der Antenne für Weitwinkelerfassung in eine Richtung gerichtet ist, die sich von der der Antennen unterscheidet, die sowohl senden als auch empfangen können, und in einer geraden Linie angeordnet sind.
Mit dieser Struktur wird ein Erfassungsbereich, der in einer Richtung angeordnet ist, die sich von dem Erfassungsbereich unterscheidet, der durch die Antennen erfasst wird, die sowohl senden als auch empfangen können und in einer geraden Linie angeordnet sind, durch die Antenne für Weitwinkelerfassung erfasst.
Bei der Radarvorrichtung gemäß dieser Erfindung führt die Auswahleinrichtung eine Sende-Schalt-Auswahl für die Antenne für Weitwinkelerfassung in Synchronisation mit dem Modulationszyklus durch.
Da das Sendeschalten der Antenne für Weitwinkelerfassung mit dem Modulationszyklus synchronisiert, kann mit dieser Struktur eine Azimuterfassungsleistung nicht verbessert werden; Objekterfassung wird jedoch sicher ausgeführt, und Erfassungsverarbeitung in dem Bereich, der der Antenne für Weitwinkelerfassung entspricht, ist vereinfacht.
Bei der Radarvorrichtung gemäß dieser Erfindung führt die Auswahleinrichtung in einem Zyklus, der kürzer ist als der Modulationszyklus, Sendeschaltsauswahl für die Antenne für Weitwinkelerfassung durch, wobei die Antenne für Weitwinkelerfassung nicht als eine Empfangsantenne ausgewählt wird, und eine Antenne nahe der Antenne für Weitwinkelerfassung als die Empfangsantenne ausgewählt wird, wobei die Antenne nahe der Antenne für Weitwinkelerfassung in der Lage ist, sowohl zu senden als auch zu empfangen, und an einem der beiden Endabschnitte in dem Antennenarray angeordnet ist.
Mit dieser Struktur wird die reflektierte Welle gemäß der Sendewelle, die von der Antenne für Weitwinkelerfassung gesendet wird, durch Schaltantennen empfangen, die sowohl senden als auch empfangen können (Empfangsantennen) und nahe der Antenne für Weitwinkelerfassung in dem Antennenarray angeordnet sind. Deswegen kann selbst in dem Bereich, der der Antenne für Weitwinkelerfassung entspricht, eine Mehrzahl von Kanälen erhalten werden bezüglich einer Antenne für Weitwinkelerfassung.
Bei der Radarvorrichtung gemäß dieser Erfindung kann eine Erfassungseinrichtung zum Durchführen von Objekterfassung auf der Basis der reflektierten Welle einen Temperatursensor umfassen und Objekterfassung durchführen, nachdem die reflektierte Welle korrigiert wird auf der Basis einer Temperatur, die durch den Temperatursensor erfasst wird.
Durch Durchführen von Temperaturkorrektur können mit dieser Struktur eine Amplitude einer Sendewelle, eine Sendewellenphase, eine Amplitude einer Empfangswelle und eine Empfangswellenphase genau erhalten werden, selbst wenn eine Arrayantenne verwendet wird, die mit einem Material gebildet ist, dessen Temperaturcharakteristika nicht großartig sind.
Vorteile
Selbst wenn die Anzahl von angeordneten Antennen klein ist, können gemäß dieser Erfindung viele Empfangskanäle, im Vergleich zu der Anzahl von Antennen, mit einer einheitlichen Phasendifferenz zwischen denselben gebildet werden. Somit kann eine Radarvorrichtung mit sehr hoher Azimuterfassungsleistung mit einer kleinen und einfachen Struktur realisiert werden.
Außerdem kann gemäß dieser Erfindung durch Schalten von Sendeantennen in einem Zyklus, der kürzer ist als ein Sendezyklus einer Sendewelle, und ferner durch Schalten von Empfangsantennen für jede der Sendeantennen, eine Mehrzahl von Empfangssignalen erhalten werden in einem Zustand, in dem ein Objekt beinahe ruhig ist, und die Leistung zum Erfassen des Azimuts eines Erfassungsobjekts kann stärker erhöht werden.
Außerdem kann gemäß dieser Erfindung durch Einstellen der Anzahl von Antennen N1, die sowohl senden als auch empfangen können, und beide Endabschnitte eines Antennenarrays bilden, auf die nächste Ganzzahl, die N1 = (N + 3)/4 erfüllt, ein geeignetes Antennenarray gebildet werden, ansprechend auf die eingestellte Gesamtzahl von Antennen N, die sowohl senden als auch empfangen können. Dies ermöglicht es, eine Radarvorrichtung zu bilden, die die höchste Azimuterfassungsleistung aufweist.
Außerdem kann durch Bewirken, dass die Antennen, die sowohl senden als auch empfangen können, in einer geraden Linie angeordnet sind, und dem gleichen Erfassungsbereich entsprechen, gemäß dieser Erfindung die Phasendifferenzberechnungsverarbeitung vereinfacht werden, die Azimuterfassung beschleunigt werden, und ferner kann die Objekterfassungsverarbeitung beschleunigt werden.
Außerdem kann gemäß dieser Erfindung Objekterfassung in einem weiten Erfassungsbereich durchgeführt werden, einschließlich eines Bereichs, der an beiden Enden eines Erfassungsbereichs des Antennenarrays existiert.
Außerdem ist gemäß dieser Erfindung die Erfassungsverarbeitung in dem Bereich, der an beiden Enden des Erfassungsbereichs existiert, vereinfacht, eine Verringerung bei der Objekterfassungsgeschwindigkeit in dem gesamten Weitwinkelbereichs kann unterdrückt werden, ohne die Azimuterfassungsgenauigkeit in dem Erfassungsbereich der Arrayantenne zu verringern, der ein Haupterfassungsbereich ist.
Außerdem kann gemäß dieser Erfindung Objekterfassung mit einer vorbestimmten Azimuterfassungsgenauigkeit durchgeführt werden, selbst in dem Bereich, der an beiden Enden einer Außenseite des Erfassungsbereichs des Antennenarrays existiert.
Außerdem kann gemäß dieser Erfindung Objekterfassung genau durchgeführt werden, ohne die Azimuterfassungsgenauigkeit zu verringern, selbst wenn das Antennenarray mit einem Material gebildet ist, das relativ teuer ist und dessen Temperaturcharakteristika nicht großartig sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 umfasst ein Blockdiagramm einer Struktur eines Hauptteils einer Radarvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel und ein schematisches Diagramm, das eine Beziehung zwischen Sendeantennen und Empfangskanälen zeigt.
2 umfasst ein Blockdiagramm einer Struktur eines Hauptteils einer Radarvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und ein schematisches Diagramm, das eine Beziehung zwischen Sendeantennen und Empfangskanälen zeigt.
3 ist ein schematisches Diagramm, das eine Beziehung zwischen Sendeantennen und Empfangskanälen gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel zeigt.
4 ist ein Blockdiagramm, das ein Konzept einer Antennenanordnungsstruktur in einer Radarvorrichtung der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 umfasst ein schematisches Diagramm, das eine Anordnung in einem Fall zeigt, in dem die Anzahl von Antennen „5” ist, und ein schematisches Diagramm, das eine Beziehung zwischen Sendeantennen und Empfangskanälen in diesem Fall zeigt.
6 umfasst ein schematisches Diagramm, das eine Anordnung in einem Fall zeigt, in dem die Anzahl von Antennen „6” ist, und ein schematisches Diagramm, das eine Beziehung zwischen Sendeantennen und Empfangskanälen in diesem Fall zeigt.
7 umfasst ein schematisches Diagramm, das eine Anordnung in einem Fall zeigt, in dem die Anzahl von Antennen „8” ist, und ein schematisches Diagramm, das eine Beziehung zwischen Sendeantennen und Empfangskanälen in diesem Fall zeigt.
8 ist ein Blockdiagramm, das eine Struktur einer Radarvorrichtung zeigt, die ein weiteres Sende- und Empfangsverfahren der vorliegenden Erfindung verwendet.
9 umfasst ein Blockdiagramm einer Radarvorrichtung eines Beispiels 1 des Stands der Technik, das dem Patentdokument 1 entspricht, in einem Fall, in dem neun Empfangskanäle realisiert sind, und ein Diagramm, das einen Empfangskanalzustand in dieser Struktur zeigt.
10 umfasst ein Blockdiagramm einer Radarvorrichtung eines Beispiels 2 des Stands der Technik, das dem Patentdokument 2 entspricht, in einem Fall, in dem neun Empfangskanäle realisiert sind, und ein Diagramm, das einen Empfangskanalzustand in dieser Struktur zeigt.
11 ist ein Blockdiagramm der Radarvorrichtung des Beispiels 1 des Stands der Technik, das dem Patentdokument 1 in einem Fall entspricht, in dem elf Empfangskanäle realisiert sind.
12 ist ein Diagramm, das einen Empfangskanalzustand in der in 11 gezeigten Radarvorrichtung zeigt.
Bezugszeichenliste

10, 50: Arrayantennen
11 bis 16, 51A, 51B, 51C: Antenne
20 bis 23: Schaltschaltung
25: Schaltverstärker
26: Zirkulator
31: VCO
32: Verzweigungsschaltung
33: LNA
34: Mischer
35: Zf-Verstärker
40: Signalverarbeitungsschaltung

Beste Modi zum Ausführen der Erfindung
Eine Radarvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Teil (A) von 1 ist ein Blockdiagramm, das eine Struktur eines Hauptteils der Radarvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt, und Teil (B) ist ein schematisches Diagramm, das eine Beziehung zwischen Sendeantennen und Empfangskanälen zeigt.
Die Radarvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel umfasst eine Arrayantenne 10, Schaltschaltungen 21 und 22, einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO; VCO = voltagecontrolled oscillator) 31, eine Verzweigungsschaltung 32, einen LNA 33, einen Mischer 34, einen Zf-Verstärker 35 und eine Signalverarbeitungsschaltung 40.
Die Arrayantenne 10 umfasst ein Antennenarray, bei dem Antennen 11 bis 14, die sowohl senden als auch empfangen können, in einer geraden Linie angeordnet sind. Alle Antennen 11 bis 14 sind auf solche eine Weise angeordnet, dass Vorderseiten der Antennen 11 bis 14 in die gleiche Richtung ausgerichtet sind. In diesem Fall ist ein Abstand zwischen der Antenne 11, die an einem Ende des Antennenarrays angeordnet ist, und der Antenne 12, die an einer Position nahe zu der Antenne 11 angeordnet ist, d. Ein Abstand zwischen der Antenne 14, die an dem anderen Ende des Antennenarrays angeordnet ist, und der Antenne 13, die an einer Position nahe der Antenne 14 angeordnet ist, ist ebenfalls d. Ein Endabschnitt, der die Antennen 11 und 12 umfasst, und der andere Endabschnitt, der die Antennen 13 und 14 umfasst, bilden beide Endabschnitte.
Hier ist die Anzahl von Antennen, die an beiden Endabschnitten angeordnet ist, „N1” und kann von dem folgenden Verfahren abgeleitet werden. Falls die Gesamtzahl von Antennen, die in der Arrayantenne 10 angeordnet ist, „N” ist, und die Anzahl von Antennen, die an jedem der beiden Endabschnitte angeordnet ist, „N1” ist, kann die Verwendung dieser Arrayantenne eine Empfangskanalarrayantenne realisieren, die äquivalent zu einem Empfangskanalarray ist, dessen Anzahl von Empfangskanälen 2(N – N1 + 3)·N1 – 3 ist. Dies ist eine quadratische Gleichung bezüglich N1, und eine maximale Anzahl von einstellbaren Kanälen entspricht einem maximalen Wert dieser quadratischen Gleichung. Um somit die Anzahl von Kanälen zu erhalten, die dem einstellbaren maximalen Wert entspricht, sollte eine Ganzzahl N1, die am nächsten zu N1 in der folgenden Gleichung ist, verwendet werden, N1 = (N + 3)/4 (1)
Falls beispielsweise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel die Gesamtzahl „N” „4” ist, (N + 3)/4 = 1,75 und die Anzahl von Antennen „N1” ist „2”. In diesem Fall ist die Anzahl von Empfangskanälen „9”. Da die Gesamtzahl von Antennen „4” ist und die Anzahl von Antennen für jeden der beiden Endabschnitte „2” ist, müssen bei dem ersten Ausführungsbeispiel zwischen diesen beiden Abschnitten keine Antennen angeordnet werden.
Ein Abstand zwischen der Antenne 12 und der Antenne 13, d. h. der Abstand zwischen beiden Endabschnitten ist auf einen Wert eingestellt, der erhalten wird durch Multiplizieren der Anzahl von Antennen (N1) „2”, wobei die Antennen jeden der beiden Endabschnitte bilden, für jeden oder beiden Endabschnitten mit dem Abstand zwischen den Antennen N1·d (2)
In dem Fall des ersten Ausführungsbeispiels ist der Abstand zwischen der Antenne 12 und der Antenne 13 2d. Hier bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist ein Beispiel gezeigt, bei dem keine Antenne zwischen beiden Endabschnitten angeordnet ist; falls jedoch Antennen in einem Mittelabschnitt zwischen den Endbschnitten angeordnet sind, sollte ein Abstand zwischen Antennen in dem Mittelabschnitt „N1·d” sein, ausgedrückt durch die Gleichung (2).
Die Antennen 11 bis 14 werden unter Verwendung der Schaltschaltung 21 ausgewählt, und eine Antenne, die während des Sendens ausgewählt wird (hierin nachfolgend wird eine Antenne in diesem Zustand als eine „Sendeantenne” bezeichnet), emittiert (sendet) ein Sendesignal an einen externen Erfassungsbereich. Außerdem empfängt eine Antenne, die während des Empfangens ausgewählt wird (hierin nachfolgend wird eine Antenne in diesem Zustand als eine „Empfangsantenne” bezeichnet), eine reflektierte Welle, die von einer Reflexion des Sendesignals erhalten wird, d. h. eine Welle, die von einem Objekt in dem Erfassungsbereich reflektiert wird, und gibt basierend auf dieser reflektierten Welle ein Empfangssignal an die Schaltschaltung 21 aus.
Die Arrayantenne 10, die eine solche Struktur aufweist, wird beispielsweise realisiert unter Verwendung einer Mikrostreifenarrayantenne, einer Hohlleiterschlitzantenne oder dergleichen. In solch einer Mikrostreifenarrayantenne sind Patch-Antennen, die in einer geraden Linie mit dem oben erwähnten Abstand dazwischen gebildet sind, parallel miteinander verbunden, unter Verwendung einer Elektrodenstruktur auf einer Oberfläche eines dielektrischen Substrats. In einer solchen Hohlleiterschlitzantenne sind Schlitzöffnungsabschnitte mit dem oben erwähnten Abstand zwischen denselben, auf einer Oberfläche eines rechteckigen Hohlleiters gebildet.
Der VCO 31 erzeugt beispielsweise ein Sendesignal in dem 76-GHz-Band, ansprechend auf eine Modulationsspannung, die von der Signalverarbeitungsschaltung 40 geliefert wird. In diesem Fall wird eine Modulationsspannung, deren Spannungswert sich in einem vorbestimmten Zyklus ändert, beispielsweise eine Modulationsspannung, die sich auf Dreieckwellenweise in einem vorbestimmten Zyklus ändert, an den VCO 31 geliefert. Der VCO 31 erzeugt ein Sendesignal, dessen Frequenz innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbereichs moduliert ist, ansprechend auf diese Modulationsspannung in dem vorbestimmten Zyklus, beispielsweise ein Sendesignal, dessen Frequenz in einer Dreieckwellenweise moduliert ist.
Die Verzweigungsschaltung 32 liefert das Sendesignal, das von dem VCO 31 ausgegeben wird, an die Schaltschaltung 22, und einen Teil des Sendesignals an den Mischer 34 als ein lokales Signal.
Die Schaltschaltung 22 verbindet den VCO 31 mit der Schaltschaltung 21, ansprechend auf ein Sendeauswahlsignal, das von der Signalverarbeitungsschaltung 40 geliefert wird, und liefert das Sendesignal, das von dem VCO 31 ausgegeben wird, an die Schaltschaltung 21. Die Schaltschaltung 22 verbindet die Schaltschaltung 21 mit dem LNA 33, ansprechend auf ein Empfangsauswahlsignal, das von der Signalverarbeitungsschaltung 40 geliefert wird, und liefert ein Empfangssignal, das von der Schaltschaltung 21 geliefert wird, an den LNA 33.
Die Schaltschaltung 21 verbindet eine ausgewählte Sendeantenne oder Empfangsantenne mit der Schaltschaltung 22, ansprechend auf ein Antennenauswahlsignal, das von der Signalverarbeitungsschaltung 40 geliefert wird. Während des Sendens wird ein Sendesignal, das über die Schaltschaltung 22 eingegeben wird, an die ausgewählte Sendeantenne ausgegeben, und während des Empfangens wird ein Empfangssignal, das von der ausgewählten Empfangsantenne ausgegeben wird, an die Schaltschaltung 22 geliefert. Hier können die Schaltschaltungen 21 und 22 mechanische Schalter sein, elektronische Komponenten, die als Schalter verwendet werden können, oder Softwareschalter.
Der LNA 33 verstärkt das Empfangssignal, das eingegeben wurde, und gibt das verstärkte Empfangssignal an den Mischer 34 aus. Der Mischer 34 mischt ein Empfangssignal, das von dem LNA 33 geliefert wird, und das lokale Signal, das von der Verzweigungsschaltung 32 geliefert wird, und erzeugt ein Zf-Schwebungssignal. Der Zf-Verstärker 35 verstärkt das Zf-Schwebungssignal und gibt das verstärkte Zf-Signal an die Signalverarbeitungsschaltung 40 aus.
Wie es oben beschrieben wurde, liefert die Signalverarbeitungsschaltung 40 die Modulationsspannung an den VCO 31, liefert das Antennenauswahlsignal an die Schaltschaltung 21 und liefert das Sendeauswahlsignal oder Empfangsauswahlsignal an die Schaltschaltung 22. In diesem Fall stellt die Signalverarbeitungsschaltung 40 ein Intervall von Schaltsendeantennen gemäß dem Sendeauswahlsignal auf ein Intervall ein, das kürzer ist als der Modulationszyklus gemäß der Modulationsspannung. In einem Fall des Sendesignals, dessen Frequenz in einer Dreieckwellenweise moduliert ist, stellt die Signalverarbeitungsschaltung 40 beispielsweise den Empfang, der durchzuführen ist, durch alle Kanäle innerhalb eines Frequenzmodulationszyklus ein, d. h. innerhalb einer Dreieckwelle.
Darüber hinaus berechnet die Signalverarbeitungsschaltung 40 beispielsweise die Geschwindigkeit von und den Abstand zu einem erfassten Objekt durch Verwenden des Zf-Schwebungssignals, das eingegeben wurde, und durch Durchführen einer Berechnung gemäß einem bekannten FM-CW-Verfahren. Ferner erfasst die Signalverarbeitungsschaltung 40 den Azimut eines erfassten Objekts unter Verwendung des Prinzips eines holographischen Radars von Empfangssignalen für die Kanäle CH1 bis CH9, die gebildet werden durch Verwenden der Antennen 11 bis 14, die nachfolgend beschrieben sind.
Als Nächstes wird eine Erfassungsoperation, die durch die Radarvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel durchgeführt wird, näher beschrieben. Hier wird in der folgenden Beschreibung ein Fall beschrieben, in dem Sendeantennen und Empfangsantennen in der Reihenfolge der Antenne 11, der Antenne 12, der Antenne 13 und der Antenne 14 geschaltet werden; die Schaltreihenfolge der Antennen ist jedoch nicht darauf beschränkt, und die Schaltreihenfolge kann nach Bedarf geeignet eingestellt werden.

(1) Wenn eine Erfassungsoperation begonnen wird, liefert die Signalverarbeitungsschaltung 40 eine Modulationsspannung an den VCO 31. In der späteren Erfassungsoperation liefert die Signalverarbeitungsschaltung 40 fortlaufend eine Modulationsspannung an den VCO 31, und der VCO 31 erzeugt fortlaufend ein Sendesignal, dessen Frequenz moduliert ist.

Außerdem liefert die Signalverarbeitungsschaltung 40 ein Sendeauswahlsignal an die Schaltschaltung 22, und liefert ein Antennenauswahlsignal, das verwendet wird, um die Antenne 11 auszuwählen, an die Schaltschaltung 21. Die Antenne 11 sendet ein Sendesignal, das durch den VCO 31 erzeugt wird, an einen Erfassungsbereich.

(2) Die Signalverarbeitungsschaltung 40 liefert ein Empfangsauswahlsignal an die Schaltschaltung 22, und liefert ein Antennenauswahlsignal an die Schaltschaltung 21. Während des Empfangens ist das Antennenauswahlsignal ein Signal, das verwendet wird, um eine Empfangsantenne in der Reihenfolge der Antenne 11, der Antenne 12, der Antenne 13 und der Antenne 14 bei einem vorbestimmten Intervall auszuwählen. Dies bewirkt, dass die Antennen 11 bis 14 nacheinander als Empfangsantennen wirken und eine reflektierte Welle empfangen, basierend auf dem Sendesignal, das von der Sendeantenne 11 geliefert wird. Die Empfangsantennen 11 bis 14 geben nacheinander über die Schaltschaltung 21 und die Schaltschaltung 22 ein Empfangssignal an den LNA 33 aus.

Da hier die Antennen 11 bis 14 mit dem oben beschriebenen Abstand zwischen denselben angeordnet sind, ist jedes der Empfangssignale, das durch die Antennen 11 bis 14 empfangen wird, wie es in Teil (B) von 1 gezeigt ist, als ein Empfangssignal eingestellt für einen der Empfangskanäle CH1 bis CH9, die eingestellt sind, um mit einer Phasendifferenz 2πd(sinθ)/λ zwischen denselben angeordnet zu sein. Hier stellt λ eine Wellenlänge eines Empfangssignals dar und θ stellt einen Einfallswinkel des Empfangssignals dar, d. h. einen Winkel bezüglich der Normalenrichtung zu einer Vorderseite einer Antenne.
Genauer gesagt, falls ein Empfangssignal, das durch die Antenne 11 empfangen wird, ansprechend auf ein Sendesignal, das durch die Antenne 11 gesendet wird, ein Empfangssignal des Empfangskanals CH1 ist, der ein Standard ist, ist ein Empfangssignal, das durch die Antenne 12 empfangen wird, als ein Empfangssignal des Empfangskanals CH2 eingestellt, der von dem Empfangskanal CH1 um eine Phasendifferenz 2πd(sinθ)/λ verschoben ist. Darüber hinaus ist ein Empfangssignal, das durch die Antenne 13 empfangen wird, als ein Empfangssignal des Empfangskanals CH4 eingestellt, der von dem Empfangskanal CH2 um eine Phasendifferenz 4πd(sinθ)/λ verschoben ist. Darüber hinaus ist ein Empfangssignal, das durch die Antenne 14 empfangen wird, als ein Empfangssignal des Empfangskanals CH5 eingestellt, der von dem Empfangskanal CH4 um eine Phasendifferenz 2πd(sinθ)/λ verschoben ist.

(3) Die Signalverarbeitungsschaltung 40 liefert ein Sendeauswahlsignal an die Schaltschaltung 22 und liefert ein Antennenauswahlsignal, das verwendet wird, um die Antenne 12 auszuwählen, an die Schaltschaltung 21. Die Sendeantenne 12 sendet ein Sendesignal, das durch den VCO 31 erzeugt wird, an den Erfassungsbereich.
(4) Die Signalverarbeitungsschaltung 40 liefert ein Empfangsauswahlsignal an die Schaltschaltung 22 und liefert ein Antennenauswahlsignal an die Schaltschaltung 21. Das Antennenauswahlsignal während des Empfangens ist gleich wie das Antennenauswahlsignal, das in (2) angezeigt ist. Die Antennen 11 bis 14 wirken nacheinander als eine Empfangsantenne und empfangen eine reflektierte Welle basierend auf dem Sendesignal, das von der Sendeantenne 12 geliefert wird. Die Empfangsantennen 11 bis 14 geben nacheinander über die Schaltschaltung 21 und die Schaltschaltung 22 ein Empfangssignal an den LNA 33 aus. Da in diesem Fall das Schalten zwischen den Sendeantennen fortlaufend durchgeführt wird und Signale fortlaufend emittiert werden, selbst wenn die Sendeantenne von der Antenne 11 zu der Antenne 12 geschaltet wird, ist der Empfangskanal CH1 nach wie vor der Standard. Somit sind Empfangskanäle, die erhalten werden durch Verschieben der Empfangskanäle, die der Sendeantenne 11 entsprechen, um die Phasendifferenz 2πd(sinθ)/λ, was einem Abstand d zwischen der Sendeantenne 11 und der Sendeantenne 12 entspricht, als Empfangskanäle eingestellt, die den Empfangsantennen 11 bis 14 zugeordnet sind, die der Sendeantenne 12 entsprechen. Genauer gesagt, ein Empfangssignal, das durch die Antenne 11 empfangen wird, ist als ein Empfangssignal des Empfangskanals CH2 eingestellt, der von dem Empfangssignal des Empfangskanals CH1 um die Phasendifferenz 2πd(sinθ)/λ verschoben ist. Das Empfangssignal, das durch die Antenne 12 empfangen wird, ist als ein Empfangssignal des Empfangskanals CH3 eingestellt, der von dem Empfangskanal CH2 um eine Phasendifferenz 2πd(sinθ)/λ verschoben ist. Das Empfangssignal, das durch die Antenne 13 empfangen wird, ist als ein Empfangssignal des Empfangskanals CH5 eingestellt, der von dem Empfangskanal CH3 um eine Phasendifferenz 4πd(sinθ)/λ verschoben ist. Das Empfangssignal, das durch die Antenne 14 empfangen wird, ist als das Empfangssignal des Empfangskanals CH6 eingestellt, der von dem Empfangskanal CH5 um eine Phasendifferenz 2πd(sinθ)/λ verschoben ist.
(5) Die Signalverarbeitungsschaltung 40 liefert ein Sendeauswahlsignal an die Schaltschaltung 22 und liefert ein Antennenauswahlsignal, das verwendet wird, um die Antenne 13 auszuwählen, an die Schaltschaltung 21. Die Sendeantenne 13 sendet ein Sendesignal, das durch den VCO 31 erzeugt wird, an den Erfassungsbereich.
(6) Die Signalverarbeitungsschaltung 40 liefert ein Empfangsauswahlsignal an die Schaltschaltung 22 und liefert ein Antennenauswahlsignal an die Schaltschaltung 21. Das Antennenauswahlsignal während des Empfangens ist das gleiche wie die Antennenauswahlsignale, die bei (2) und (4) angezeigt sind. Die Antennen 11 bis 14 wirken nacheinander als eine Empfangsantenne und empfangen eine reflektierte Welle basierend auf dem Sendesignal, das von der Sendeantenne 13 geliefert wird. Die Empfangsantennen 11 bis 14 geben nacheinander über die Schaltschaltung 21 und die Schaltschaltung 22 ein Empfangssignal an den LNA 33 aus. In diesem Fall sind Empfangskanäle, die erhalten werden durch Verschieben der Empfangskanäle, die der Sendeantenne 11 entsprechen, um die Phasendifferenz 6πd(sinθ)/λ, was einem Abstand 3d zwischen der Sendeantenne 11 und der Sendeantenne 13 entspricht, als Empfangskanäle eingestellt, die den Empfangsantennen 11 bis 14 zugeordnet sind, die der Sendeantenne 13 entsprechen. Genauer gesagt, das Empfangssignal, das durch die Antenne 11 empfangen wird, ist als ein Empfangssignal des Empfangskanals CH4 eingestellt, der von dem Empfangssignal des Empfangskanals CH1 um die Phasendifferenz 6πd(sinθ)/λ verschoben ist. Das Empfangssignal, das durch die Antenne 12 empfangen wird, ist als ein Empfangssignal des Empfangskanals CH5 eingestellt, der von dem Empfangskanal CH4 um die Phasendifferenz 2πd(sinθ)/λ verschoben ist. Das Empfangssignal, das durch die Antenne 13 empfangen wird, ist als ein Empfangssignal des Empfangskanals CH7 eingestellt, der von dem Empfangskanal CH5 um eine Phasendifferenz 4πd(sinθ)/λ verschoben ist. Das Empfangssignal, das durch die Antenne 14 empfangen wird, ist als ein Empfangssignal des Empfangskanals CH8 eingestellt, der von dem Empfangskanal CH7 um eine Phasendifferenz 2πd(sinθ)/λ verschoben ist.
(7) Die Signalverarbeitungsschaltung 40 liefert ein Sendeauswahlsignal an die Schaltschaltung 22 und liefert ein Antennenauswahlsignal, das verwendet wird, um die Antenne 14 auszuwählen, an die Schaltschaltung 21. Die Sendeantenne 14 sendet ein Sendesignal, das durch den VCO 31 erzeugt wird, an den Erfassungsbereich.
(8) Die Signalverarbeitungsschaltung 40 liefert ein Empfangsauswahlsignal an die Schaltschaltung 22 und liefert ein Antennenauswahlsignal an die Schaltschaltung 21. Das Antennenauswahlsignal während des Empfangens ist das gleiche wie die Antennenauswahlsignale, die in (2), (4) und (6) angezeigt sind. Die Antennen 11 bis 14 wirken nacheinander als eine Empfangsantenne und empfangen eine reflektierte Welle basierend auf dem Sendesignal, das von der Sendeantenne 14 geliefert wird. Die Empfangsantennen 11 bis 14 geben das Empfangssignal nacheinander über die Schaltschaltung 21 und die Schaltschaltung 22 an den LNA 33 aus.

In diesem Fall sind die Empfangskanäle, die durch Verschieben der Empfangskanäle, die der Sendeantenne 11 entsprechen, um eine Phasendifferenz 8πd(sinθ)/λ, was einem Abstand 4d zwischen der Sendeantenne 11 und der Sendeantenne 14 entspricht, erhalten werden, als Empfangskanäle eingestellt, die den Empfangsantennen 11 bis 14 zugeordnet sind, die der Sendeantenne 14 entsprechen. Genauer gesagt, das Empfangssignal, das durch die Antenne 11 empfangen wird, ist als ein Empfangssignal des Empfangskanals CH5 eingestellt, das von dem Empfangssignal des Empfangskanals CH1 um die Phasendifferenz 8πd(sinθ)/λ verschoben ist. Das Empfangssignal, das durch die Antenne 12 empfangen wird, ist als ein Empfangssignal des Empfangskanals CH6 eingestellt, der von dem Empfangskanal CH5 um eine Phasendifferenz 2πd(sinθ)/λ verschoben ist. Das Empfangssignal, das durch die Antenne 13 empfangen wird, ist als ein Empfangssignal des Empfangskanals CH8 eingestellt, der von dem Empfangskanal CH6 um eine Phasendifferenz 4πd(sinθ)/λ verschoben ist. Das Empfangssignal, das durch die Antenne 14 empfangen wird, ist als ein Empfangssignal des Empfangskanals CH9 eingestellt, der von dem Empfangskanal CH8 um eine Phasendifferenz 2πd(sinθ)/λ verschoben ist.
Auf diese Weise sind vier Sende- und Empfangs-Zweiwegantennen mit Abständen d, 2d und d zwischen denselben angeordnet. Durch Schalten von Sendeantennen und Erzeugen von Empfangssignalen an allen Empfangsantennen für jede der Sendeantennen können neun Empfangskanäle gebildet werden, die mit einer einheitlichen Phasendifferenz zwischen denselben angeordnet sind, und die vier Sende- und Empfangs-Zweiwegantennen verwenden. Dies ermöglicht das Strukturieren einer kleinen Radarvorrichtung mit hervorragender Azimut-(Winkel-)Erfassungsleistung ohne einen unerfassten Azimut mitten in den erfassten Azimuten. Da die Abstände zwischen den vier Antennen bei der oben beschriebenen Struktur d, 2d und d sind, und eine Anordnungslänge des Antennenarrays 4d ist, kann eine kleinere Vorrichtung mit hervorragender Azimuterfassungsleistung geschaffen werden, im Vergleich zu einer Radarvorrichtung (eine Anordnungslänge eines Antennenarrays ist 5d), die in dem Patentdokument 3 offenbart ist.
Als Nächstes wird eine Radarvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Teil (A) von 2 ist ein Blockdiagramm, das eine Struktur eines Hauptteils der Radarvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt, und Teil (B) ist ein schematisches Diagramm, das eine Beziehung zwischen Sendeantennen und Empfangskanälen zeigt.
Im Vergleich zu der Radarvorrichtung, die in dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist (Teil A von 1) umfasst die Radarvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zusätzlich Antennen 15 und 16 und umfasst eine Schaltschaltung 23 anstatt der Schaltschaltung 21. Andere Strukturen sind die gleichen wie diejenigen, die in der Radarvorrichtung bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben sind. Hier kann die Schaltschaltung 23 ähnlich wie die Schaltschaltungen 21 und 22 ebenfalls ein beliebiger Schaltertyp sein.
Die Antennen 15 und 16 sind Sende- und Empfangs-Zweiwegantennen und sind angeordnet, um einen Erfassungsbereich in einer Richtung anzuvisieren, die sich von der der Arrayantenne 10 unterscheidet, die die Antennen 11 bis 14 umfasst. Beispielsweise ist die Antenne 15 in einem Zustand angeordnet, in dem eine Vorderseitenrichtung der Antenne 16 um +45° gedreht ist bezüglich der Vorderseitenrichtung der Antennen 11 bis 14. Die Antenne 16 ist in einem Zustand angeordnet, in dem eine Vorderseitenrichtung der Antenne 15 um –45° gedreht ist bezüglich der Vorderseitenrichtung der Antennen 11 bis 14.
Ansprechend auf ein Antennenauswahlsignal, das von der Signalverarbeitungsschaltung 40 geliefert wird, wählt die Schaltschaltung 23 eine der Antennen 11 bis 16 aus und verbindet die Antenne mit der Schaltschaltung 22.
Die Signalverarbeitungsschaltung 40 führt Sende- und Empfangsschaltverarbeitung und Antennenauswahlverarbeitung bezüglich der Antennen 11 bis 14 durch, ähnlich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Mit Bezug auf die Antennen 15 und 16 führt die Signalverarbeitungsschaltung 40 jedoch Sendeantennenschaltverarbeitung in einem Modulationszyklus durch.
Falls in solch einer Radarvorrichtung, wie sie in dem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt ist, Verarbeitung unter Verwendung der Empfangskanäle CH1 bis CH9 unter Verwendung der Antennen 11 bis 14 durchgeführt wird, wird die Antenne 15 als eine Sendeantenne ausgewählt, ansprechend auf den Beginn eines neuen Modulationszyklus. Die Antenne 15 sendet ein Sendesignal an einen entsprechenden Erfassungsbereich. Die Antenne 15 ist als eine Empfangsantenne ausgewählt. Die Antenne 15 empfängt eine reflektierte Welle, die dem Sendesignal entspricht, das von derselben gesendet wird, erzeugt ein Empfangssignal und gibt das Empfangssignal über die Schaltschaltungen 23 und 22 an den LNA 33 aus. Diese Sende- und Empfangsschaltverarbeitung wird über zumindest einen Modulationszyklus fortlaufend durchgeführt. Dies stellt einen unabhängigen Empfangskanal CH31 ein (eine Kreisform, wie es in 2 gezeigt ist). Es gibt eine Eins-zu-Eins-Entsprechung zwischen der Antenne 15 und dem unabhängigen Empfangskanal CH31. Als Nächstes wird die Antenne 16 als die Sendeantenne ausgewählt, in Synchronisation mit dem Beginn eines neuen Modulationszyklus, und die Antenne 16 sendet ein Sendesignal an einen entsprechenden Erfassungsbereich. Die Antenne 16 wird als eine Empfangsantenne ausgewählt. Die Antenne 16 empfängt eine reflektierte Welle, die dem Sendesignal entspricht, das von derselben gesendet wird, erzeugt ein Empfangssignal und gibt das Empfangssignal über die Schaltschaltungen 23 und 22 an den LNA 33 aus. Diese Sende- und Empfangsschaltverarbeitung wird auch fortlaufend durchgeführt über zumindest einen Modulationszyklus. Dies stellt einen unabhängigen Empfangskanal CA32 ein (eine Kreisform, wie es in 2 gezeigt ist). Es gibt eine Eins-zu-Eins-Entsprechung zwischen der Antenne 16 und dem unabhängigen Empfangskanal CH32.
Durch Durchführen einer solchen Erfassungsverarbeitung werden die Erfassungsbereiche, die den unabhängigen Kanälen entsprechen, die durch Senden und Empfangen erhalten werden, das durch einzelne Antennen 15 und 16 durchgeführt wird, jeweiligen beiden Enden der Empfangskanäle hinzugefügt, die um eine Phasendifferenz angeordnet sind, unter Verwendung der Antennen 11 bis 14 der Arrayantenne 10. Dies ermöglicht es, dass Objekterfassung in einem Erfassungsbereich durchgeführt wird, der breiter ist als der Erfassungsbereich der Antennen 11 bis 14. In diesem Fall wird in den Bereichen, die durch die Antennen 15 und 16 erfasst werden, kein holographisches Verfahren verwendet, das verwendet wird, wenn die Erfassung unter Verwendung der Antennen 11 bis 14 durchgeführt wird,. Somit kann die Erfassungsverarbeitung beschleunigt werden. Außerdem ist es bezüglich der Antennen 15 und 16 nicht notwendig, dass die Schaltschaltung 23 Schalten bei hoher Geschwindigkeit durchführt. Somit kann in diesem Fall die Azimuterfassungsgenauigkeit an Peripherieabschnitten, die nicht in der Vorderseitenrichtung liegen, entsprechend den Antennen 15 und 16 nicht verbessert werden. Diese Erfassungsverarbeitung ist jedoch beispielsweise in einem Fall einer Vorder- und Peripherie-Zweiweg-Radarvorrichtung effektiv, bei der eine hohe Erfassungsgenauigkeit in der Vorderseitenrichtung, die die Hauptpriorität ist, beibehalten wird, und Objekterfassung in dem Peripherieabschnitt, der eine untergeordnete Priorität ist, beinahe gleichzeitig fortlaufend durchgeführt wird.
Als Nächstes wird eine Radarvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
3 ist ein schematisches Diagramm, das eine Beziehung zwischen Sendeantennen und Empfangskanälen gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel zeigt.
Die Radarvorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel weist eine Struktur auf, die gleich ist wie diejenige der Radarvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, sich aber nur bei der Empfangsverarbeitung unterscheidet, wenn die Antennen 15 und 16 als Sendeantennen eingestellt sind.
Die Radarvorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel schaltet das Senden selbst zwischen den Antennen 15 und 16 in einem Zyklus, der kürzer ist als der Modulationszyklus, ähnlich wie bei den Antennen 11 bis 14. Das heißt, die Antennen 11 bis 16 werden in einem Zyklus geschaltet, der kürzer ist als der Modulationszyklus. Falls die Antenne 15 als eine Sendeantenne behandelt wird, werden die Antennen 11 und 12, die an einem Endabschnitt der Arrayantenne 10 angeordnet sind, wobei der Endabschnitt nahe der Antenne 15 ist, als Empfangsantennen eingestellt und empfangen eine reflektierte Welle, die von der Reflexion eines Sendesignals erhalten wird, das von der Antenne 15 gesendet wird. Dies liefert neue Empfangskanäle CH33 und CH34 zusätzlich zu den Empfangskanälen CH1 bis CH9. Falls die Antenne 16 als eine Sendeantenne behandelt wird, werden die Antennen 13 und 14, die an einem Endabschnitt der Arrayantenne 10 angeordnet sind, wobei der Endabschnitt nahe der Antenne 16 ist, als Empfangsantennen eingestellt und empfangen eine reflektierte Welle, die von der Reflexion eines Sendesignals erhalten wird, das von der Antenne 16 gesendet wird. Dies liefert neue Empfangskanäle CH35 und CH36, zusätzlich zu den Empfangskanälen CH1 bis CH9, CH33 und CH34.
Durch Entwerfen einer solchen Struktur kann das holographische Verfahren in den Peripherieabschnitten angewendet werden, die den Antennen 15 und 16 entsprechen. Somit kann ein Objekt mit einer vorbestimmten Azimuterfassungsgenauigkeit über einen breiten Bereich erfasst werden, einschließlich dem Erfassungsbereich, der den Antennen 11 bis 14 der Arrayantenne 10 entspricht, einem Erfassungsbereich, der der Antenne 15 und den Antennen 11 und 12 entspricht, und einem Erfassungsbereich, der der Antenne 16 und den Antennen 13 und 14 entspricht.
Hier in dem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel ist das Beispiel offenbart, bei dem die Richtungen der Vorderseiten der Antennen zum Erfassen von Peripherieabschnitten bei ±45° angeordnet sind bezüglich der Richtung der Vorderseite der Arrayantenne. Es können jedoch unterschiedliche Winkel verwendet werden, und ferner kann eine Mehrzahl von Antennen an jedem der Winkel angeordnet sein.
In jedem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele ist ein Fall gezeigt, bei dem die Anzahl von Antennen (die Gesamtanzahl), die eine Arrayantenne bilden, vier beträgt. Selbst in einem Fall, bei dem sich die Anzahl von Antennen unterscheidet, kann jedoch die Anzahl von Antennen, die an beiden Endabschnitten angeordnet sind, und ein Abstand zwischen den Antennen durch Verwenden der Gleichungen (1) und (2) eingestellt werden.
4 ist ein Blockdiagramm, das ein Konzept einer Antennenanordnungsstruktur für eine Radarvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Eine Arrayantenne 50 umfasst eine Mehrzahl von Antennen 51A an einem Ende derselben, eine Mehrzahl von Antennen 51B an dem anderen Ende derselben und Antennen 51C. Die Anzahl der Antennen 51A ist „N1” und die Antennen 51A sind mit einem Abstand „d” zwischen denselben angeordnet. Die Anzahl der Antennen 51B ist „N1” und die Antennen 51B sind mit einem Abstand „d” zwischen denselben angeordnet. Die Anzahl der Antennen 51C ist „N2” und die Antennen 51C sind mit einem Abstand „N1·d” zwischen denselben angeordnet, und sind zwischen einer Gruppe der Antennen 51A und einer Gruppe der Antennen 51B angeordnet. Hier sind die Antennen 51A, 51B und 51C in einer geraden Linie angeordnet, und die Vorderseiten aller Antennen 51A, 51B und 51C liegen in der gleichen Richtung. Die Antennen 51C sind „0” oder positive Ganzzahlen. Ansprechend auf ein Antennenauswahlsignal, das von der Signalverarbeitungsschaltung 40 geliefert wird, wählt die Schaltschaltung 20 eine dieser Antennen 51A, 51B und 51C aus, und verbindet die ausgewählte Antenne mit der Schaltschaltung 22. Hier kann die Schaltschaltung 20 ebenfalls ein beliebiger Schalter sein, ähnlich zu den Schaltschaltungen 21, 22 und 23.
Beispielsweise zeigt Teil (A) von 5 eine Anordnung in einem Fall, in dem die Anzahl von Antennen „5” ist. Teil (B) von 5 ist ein schematisches Diagramm, das eine Beziehung zwischen Sendeantennen und Empfangskanälen in dem Fall von Teil (A) von 5 zeigt.
Wie es in Teil (A) von 5 gezeigt ist, falls die Anzahl der Antennen „5” beträgt, ist die Anzahl von Antennen zwei für jeden der beiden Endabschnitte und die Anzahl der Antennen ist eins für einen Mittelabschnitt. In einem Fall, in dem ein Abstand zwischen den Antennen an beiden Endabschnitten auf „d” eingestellt ist, ist ein Abstand zwischen einer Antenne, die am nächsten zu dem Mittelabschnitt liegt und in jedem der beiden Endabschnitte angeordnet ist, und der Antenne, die in dem Mittelabschnitt angeordnet ist, auf „2d” eingestellt. Dies liefert 13 Empfangskanäle CH1 bis CH13, die mit einer einheitlichen Phasendifferenz zwischen denselben angeordnet sind, wie es in Teil (B) von 5 gezeigt ist.
Teil (A) von 6 zeigt eine Anordnung in einem Fall, in dem die Anzahl von Antennen „6” beträgt. Teil (B) von 6 ist ein schematisches Diagramm, das eine Beziehung zwischen Sendeantennen und Empfangskanälen in dem Fall von Teil (A) von 6 zeigt.
Wie es in Teil (A) von 6 gezeigt ist, falls die Anzahl der Antennen „6” beträgt, ist die Anzahl von Antennen drei für jeden der beiden Endabschnitte, und die Anzahl von Antennen ist null (keine) für den Mittelabschnitt. In einem Fall, in dem ein Abstand zwischen den Antennen an beiden Endabschnitten auf „d” eingestellt ist, ist ein Abstand zwischen den Antennen, die am nächsten zu dem Mittelabschnitt sind und an beiden Endabschnitten angeordnet sind, auf „3d” eingestellt. Dies liefert 15 Empfangskanäle CH1 bis CH15, die mit einer einheitlichen Phasendifferenz zwischen denselben angeordnet sind, wie es in Teil (B) von 6 gezeigt ist.
Teil (A) von 7 zeigt eine Anordnung in einem Fall, in dem die Anzahl der Antennen „8” beträgt. Teil (B) von 7 ist ein schematisches Diagramm, das eine Beziehung zwischen Sendeantennen und Empfangskanälen in dem Fall von Teil (A) von 7 zeigt.
Wie es in Teil (A) von 7 gezeigt ist, falls die Anzahl der Antennen „8” beträgt, ist die Anzahl von Antennen vier für jeden der beiden Endabschnitte, und die Anzahl der Antennen ist null (keine) für den Mittelabschnitt. In einem Fall, in dem ein Abstand zwischen den Antennen an beiden Endabschnitten auf „d” eingestellt ist, ist ein Abstand zwischen den Antennen, die am nächsten zu dem Mittelabschnitt sind und an beiden Endabschnitten angeordnet sind, auf „4d” eingestellt. Dies liefert 21 Empfangskanäle CH1 bis CH21, die mit einer einheitlichen Phasendifferenz zwischen denselben angeordnet sind, wie es in Teil (B) von 7 gezeigt ist.
Falls die Anzahl von Antennen gegeben ist, kann auf diese Weise eine geeignete Anzahl von Empfangskanälen eingestellt werden gemäß der Anzahl der Antennen, und die Empfangskanäle können mit einer einheitlichen Phasendifferenz zwischen denselben angeordnet werden.
Bei der oben beschriebenen Verarbeitung wurde ein Beispiel beschrieben, bei dem keine Temperaturkorrektur durchgeführt wird; bezüglich einer Mikrostreifenantenne, in der Patch-Antennen auf einem Harzsubstrat angeordnet sind, wird jedoch eine Korrektur durchgeführt, die durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird, da sich die Empfangscharakteristika gemäß der Temperatur entscheidend verändern. a_n(T)·EXP{jδ_n(T)}
Hier stellt n eine Arrayantennenzahl dar, T stellt eine Temperatur dar, a_n(T) stellt einen Amplitudenkorrekturkoeffizienten bezüglich der Temperatur dar und δ_n(T) stellt einen Phasenkorrekturkoeffizienten bezüglich der Temperatur dar.
Die Signalverarbeitungsschaltung 40 bewirkt, dass solche Korrekturinformationen vorgespeichert werden, beispielsweise in einem Speicher, und umfasst einen Temperatursensor. Die Signalverarbeitungsschaltung 40 erfasst eine Temperatur und führt die oben beschriebene Korrektur jedes Mal durch, wenn ein Zf-Schwebungssignal eingegeben wird. Dies kann Änderungen bei den Charakteristika aufgrund der Temperatur unterdrücken, und ermöglicht beispielsweise, dass der Azimut eines Objekts, die Geschwindigkeit des Objekts und der Abstand zu dem Objekt genau erfasst werden, selbst wenn eine Antenne minderwertige Temperaturcharakteristika aufweist.
Das Beispiel, bei dem die Schaltschaltung 22 verwendet wird, um zwischen Senden und Empfangen zu schalten, wurde oben beschrieben; die in 8 gezeigte Struktur kann jedoch verwendet werden, um zwischen Senden und Empfangen zu schalten.
8 ist ein Blockdiagramm, das eine Struktur einer Radarvorrichtung zeigt, die andere Sende- und Empfangsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet.
Die in 8 gezeigte Radarvorrichtung weist eine Struktur auf, die gleich ist wie diejenige der Radarvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, außer dass die Schaltschaltung 22 ersetzt ist durch einen Schaltverstärker 25 und einen Zirkulator 26.
Der Schaltverstärker 25 führt auf der Basis eines Sendeauswahlsignals, das von der Signalverarbeitungsschaltung 40 geliefert wird, eine EIN-Operation durch, verstärkt ein Sendesignal, das durch den VCO 31 erzeugt wird, und liefert das verstärkte Sendesignal an den Zirkulator 26. Darüber hinaus wird der Schaltverstärker 25 geändert, um in einem AUS-Zustand zu sein, auf der Basis eines Empfangsauswahlsignals, das von der Signalverarbeitungsschaltung 40 geliefert wird, und führt keine Operation durch.
Der Zirkulator 26 gibt das Sendesignal, das von dem Schaltverstärker 25 geliefert wird, an die Schaltschaltung 21 aus, und gibt ein Empfangssignal, das von der Schaltschaltung 21 eingegeben wird, an den LNA 33 aus.
Vorteile gemäß der vorliegenden Erfindung können auch mit einer solchen Struktur erhalten werden. Durch Reduzieren der Anzahl von Schaltschaltungen, die in ein Empfangsschaltungssystem eingefügt sind, kann der Verlust eines Empfangssignals reduziert werden und Objekterfassung kann genauer durchgeführt werden.

Claims

Eine Radarvorrichtung, die folgende Merkmale umfasst: ein Antennenarray, in dem eine Mehrzahl von Antennen, die sowohl senden als auch empfangen können, angeordnet sind; und eine Auswahleinrichtung zum Auswählen einer Sendeantenne und einer Empfangsantenne aus den Antennen, die sowohl senden als auch empfangen können, wobei eine Sendewelle, deren Frequenz moduliert wurde, von der Sendeantenne, die durch die Auswahleinrichtung ausgewählt wird, gesendet wird, eine reflektierte Welle, die von der Reflexion der Sendewelle erhalten wird, durch eine der Empfangsantennen, die durch die Auswahleinrichtung durch aufeinanderfolgendes Schalten der Empfangsantennen ausgewählt wird, empfangen wird, und ein Azimut eines Objekts erfasst wird unter Verwendung einer Phasendifferenz zwischen reflektierten Wellen, die durch die Empfangsantennen empfangen werden, und wobei in dem Antennenarray jeweils N1 Antennen, die sowohl senden als auch empfangen können, mit einem Abstand d zwischen denselben an jedem der beiden Endabschnitte angeordnet sind, und ein Abstand zwischen den Antennen, die sowohl senden als auch empfangen können und am nächsten zu einem Arraymittelabschnitt in beiden Endabschnitten des Arrays liegen, N1 × d ist, oder zumindest eine Antenne, die sowohl senden als auch empfangen kann, in dem Arraymittelabschnitt zwischen beiden Endabschnitten des Arrays angeordnet ist, wobei der Abstand zwischen einer Antenne, die am nächsten zu dem Arraymittelabschnitt liegt und in jedem der beiden Endabschnitte angeordnet ist, und einer Antenne in dem Arraymittelabschnitt, die am nächsten zu dem jeweiligen Endabschnitt liegt, jeweils N1 × d beträgt.
Die Radarvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Auswahleinrichtung eine Auswahl durchführt durch Schalten von Sendeantennen in einem Zyklus, der kürzer ist als ein Modulationszyklus der Sendewelle.
Die Radarvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der die Gesamtzahl von Antennen, die das Antennenarray bilden und sowohl senden als auch empfangen können, eine Ganzzahl N ist, die zwei oder mehr ist, und die Anzahl der Antennen N1 eine Ganzzahl am nächsten zu (N + 3)/4 ist, wobei die Antennen für beide Endabschnitte des Arrays angeordnet sind und sowohl senden als auch empfangen können.
Die Radarvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Antennen, die sowohl senden als auch empfangen können, die in dem Antennenarray enthalten sind, in einer geraden Linie angeordnet sind, auf eine solche Weise, dass Sende- und Empfangsoberflächen der Antennen, die sowohl senden als auch empfangen können, in der gleichen Richtung gerichtet sind.
Die Radarvorrichtung gemäß Anspruch 4, bei der eine Antenne für Weitwinkelerfassung an beiden Enden der Arrayantenne angeordnet ist, auf eine solche Weise, dass eine Sende- und Empfangsoberfläche der Antenne für Weitwinkelerfassung in einer Richtung gerichtet ist, die sich von der der Antennen unterscheidet, die sowohl senden als auch empfangen können und in einer geraden Linie angeordnet sind.
Die Radarvorrichtung gemäß Anspruch 5, bei der die Auswahleinrichtung in Synchronisation mit dem Modulationszyklus Sende-Schaltauswahl für die Antenne für Weitwinkelerfassung durchführt.
Die Radarvorrichtung gemäß Anspruch 5, bei der die Auswahleinrichtung Sende-Schaltauswahl für die Antenne für Weitwinkelerfassung in einem Zyklus durchführt, der kürzer ist als der Modulationszyklus, wobei die Antenne für Weitwinkelerfassung nicht als Empfangsantenne ausgewählt ist, und eine Antenne nahe der Antenne für Weitwinkelerfassung als die Empfangsantenne ausgewählt ist, wobei die Antenne nahe der Antenne für Weitwinkelerfassung sowohl senden als auch empfangen kann und in einem der beiden Endabschnitte in dem Antennenarray liegt.
Die Radarvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Erfassungseinrichtung zum Durchführen von Objekterfassung auf der Basis der reflektierten Welle einen Temperatursensor umfasst und Objekterfassung durchführt, nachdem die reflektierte Welle auf der Basis einer Temperatur korrigiert ist, die durch den Temperatursensor erfasst wird.