DE112019005500T5

DE112019005500T5 - Antennenvorrichtung, bewegbarer körper und zielbestimmungsverfahren

Info

Publication number: DE112019005500T5
Application number: DE112019005500.3T
Authority: DE
Inventors: Katsuhisa Kashiwagi; Nobuya Arakawa; Hideaki Yamada
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2018-11-02
Filing date: 2019-10-25
Publication date: 2021-07-29
Also published as: CN113039452B; WO2020090681A1; JPWO2020090681A1; US20210247486A1; CN113039452A; JP7188448B2

Abstract

Eine Antennenvorrichtung umfasst mehrere Antennenelemente, die jeweils eine Aussendung und/oder einen Empfang von Funkwellen ausführen. Die Abdeckungsbereiche von Hauptkeulen von Strahlungsmustern der mehreren Antennenelemente überlappen einander und die Formen von Nebenkeulen derselben unterscheiden sich zwischen den mehreren Antennenelementen. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, das Signal der aus den Abdeckungsbereichen der Hauptkeulen der Antenne kommenden Funkwellen von dem Signal der von außerhalb der Abdeckungsbereiche kommenden Funkwellen zu unterscheiden und dasselbe zu erfassen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Antennenvorrichtung, einen bewegbaren Körper, der mit der Antennenvorrichtung bestückt ist, und ein Zielbestimmungsverfahren.
Hintergrund der Erfindung
Lasererfassungsvorrichtungen, die mehrere Systeme nutzen, welche aus einer Kombination von Aussendung und Empfang bestehen, sind bekannt (siehe beispielsweise das unten erwähnte Patentdokument 1). Die im Patentdokument 1 offenbarte Radarerfassungsvorrichtung erfasst in jedem System eine Spitze des Spektrums eines Signals, um zu bestimmen, dass die Spitze mit einer kleinen Positionsabweichung für jedes System eine durch ein Ziel verursachte Spitze ist, und zu bestimmen, dass die Spitze mit einer großen Positionsabweichung für jedes System eine durch Störflecken verursachte Spitze ist.
Liste der zitierten Dokumente
Patentdokument
Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2017-207425
Kurzdarstellung der Erfindung
Technische Problemstellung
Die Ausrichtung der Antenne wird im Allgemeinen so eingestellt, dass das zu erfassende Ziel in dem Abdeckungsbereich einer Hauptkeule der Antenne angeordnet ist. Weist bei der in Patentdokument 1 offenbarten Radarerfassungsvorrichtung die Position der Spitze des Spektrums, das auf der Basis von Funkwellen erhalten wird, die aus der einer Nebenkeule der Antenne entsprechenden Richtung kommen, eine kleine Abweichung auf, werden die Funkwellen fälschlicherweise als die Funkwellen von dem Ziel erkannt.
Bei einem gewöhnlichen Drahtloskommunikationssystem wird die Ausrichtung der Empfangsantenne so eingestellt, dass eine Sendeantenne in dem Abdeckungsbereich der Hauptkeule der Empfangsantenne enthalten ist. Falls die Funkwellen mit hoher Intensität aus der der Nebenkeule der Empfangsantenne entsprechenden Richtung kommen, kann es schwierig sein, das ursprünglich zu empfangene Signal von dem Signal der Funkwellen aus der der Nebenkeule entsprechenden Richtung zu trennen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Antennenvorrichtung bereitzustellen, die das Signal der aus dem Abdeckungsbereich der Hauptkeule der Antenne kommenden Funkwellen von dem Signal der von außerhalb des Abdeckungsbereichs kommenden Funkwellen unterscheiden und erfassen kann. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen bewegbaren Körper bereitzustellen, der mit der Antennenvorrichtung bestückt ist. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Zielbestimmungsverfahren bereitzustellen, das die Antennenvorrichtung verwendet
Lösung der Problemstellung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Antennenvorrichtung mehrere Antennenelemente, die jeweils eine Aussendung und/oder einen Empfang von Funkwellen ausführen. Abdeckungsbereiche von Hauptkeulen von Strahlungsmustern der mehreren Antennenelemente überlappen einander und Formen von Nebenkeulen derselben unterscheiden sich zwischen den mehreren Antennenelementen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein bewegbarer Körper eine Radarvorrichtung. Die Radarvorrichtung umfasst mehrere Sende-/Empfangssysteme, die jeweils aus einer Kombination eines Sendeantennenelements und eines Empfangsantennenelements aus mehreren Sende- und Empfangsantennenelementen bestehen. Abdeckungsbereiche von Hauptkeulen von Strahlungsmustern der mehreren Antennenelemente überlappen einander und Formen von Nebenkeulen derselben unterscheiden sich zwischen den mehreren Antennenelementen. Der bewegbare Körper umfasst ferner eine Sende-/Empfangseinheit, die Hochfrequenzsignale verarbeitet, welche durch die mehreren Sende-/Empfangssysteme gesendet und empfangen werden, und eine Signalverarbeitungseinheit, die eine Fourier-Transformation an dem in der Sende-/Empfangseinheit verarbeiteten Signal für jedes der mehreren Sende-/Empfangssysteme ausführt, Spitzen einer aus der Fourier-Transformation resultierenden Wellenform erfasst, eine Spitze auf der Basis einer Reflexion von einem Ziel in dem Abdeckungsbereich der Hauptkeule aus den erfassten Spitzen extrahiert und eine Distanz zu dem Ziel in dem Abdeckungsbereich der Hauptkeule auf der Basis der extrahierten Spitze berechnet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Zielbestimmungsverfahren folgende Schritte: Verarbeiten von Hochfrequenzsignalen, die durch mehrere Sende-/Empfangssysteme gesendet und empfangen werden, welche jeweils aus einer Kombination eines Sendeantennenelements und eines Empfangsantennenelements aus mehreren Sende-/Empfangsantennenelementen bestehen, wobei dieselben Abdeckungsbereiche von Hauptkeulen von Strahlungsmustern aufweisen, die einander überlappen, und unterschiedliche Formen von Nebenkeulen aufweisen, um ein Zwischenfrequenzsignal für jedes Sende-/Empfangssystem zu erzeugen; Ausführen einer Fourier-Transformation an dem für jedes Sende-/Empfangssystem erzeugten Zwischenfrequenzsignal, um Spitzen einer aus der Fourier-Transformation resultierenden Wellenform zu erfassen; und Bestimmen, dass die Spitze, die häufig in der aus der Fourier-Transformation für jedes Sende-/Empfangssystem resultierenden Wellenform aufritt, eine durch ein zu erfassendes Ziel verursachte Spitze ist.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Da die Abdeckungsbereiche der Hauptkeulen der mehreren Antennenelemente einander überlappen, können die aus den Abdeckungsbereichen kommenden Funkwellen von allen Antennenelementen mit hoher Empfindlichkeit empfangen werden. Da sich die Formen der Nebenkeulen zwischen den mehreren Antennenelementen unterscheiden, weisen die Antennenelemente unterschiedliche Empfindlichkeiten für die aus der den Nebenkeulen entsprechenden Richtung kommenden Funkwellen auf. Demgemäß kann das Signal der aus den Abdeckungsbereichen der Hauptkeulen kommenden Funkwellen von dem Signal der aus der den Nebenkeulen entsprechenden Richtung kommenden Funkwellen, d. h. von außerhalb der Abdeckungsbereiche, unterschieden werden. Folglich ist es möglich, die Fehlerrate nach einer Demodulation mittels von den mehreren Antennenelementen empfangenen Informationen zu reduzieren. Alternativ dazu ist es möglich, die Rate von fehlenden aus den mehreren Antennenelementen zu sendenden Sendeinformationen zu reduzieren.
Die Erfassung der Spitze, die häufig in der aus der Fourier-Transformation für jedes Sende-/Empfangssystem resultierenden Wellenform auftritt, ermöglicht es, das zu erfassende Ziel zu bestimmen, wobei der Einfluss der Störflecken usw. reduziert ist.
Figurenliste

1A ist ein Diagramm, das veranschaulicht, wie mehrere Antennenelemente in einer Antennenvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel angeordnet sind, und 1B ist eine Kurve, die Strahlungsmuster der jeweiligen Antennenelemente angibt.
2 ist ein Blockdiagramm der Antennenvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
3 ist ein schematisches Diagramm, das einen bewegbaren Körper, der mit einer Antennenvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel bestückt ist, und ein zu erfassendes Ziel veranschaulicht.
4 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses, der durch eine Signalverarbeitungseinheit in der Antennenvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ausgeführt wird.
5A ist eine Kurve, die ein Beispiel eines Leistungsspektrums P(r, n) angibt, und 5B ist eine Kurve, die aus einer Vergrößerung eines Teils von Hauptkeulen und Nebenkeulen in der in 5A veranschaulichten Kurve resultiert.
6A ist eine Kurve, die die Position von Zielen veranschaulicht, welche unter Verwendung der Antennenvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel berechnet werden, und 6B ist eine Kurve, die die Wellenform des für jedes Sende-/Empfangssystem berechneten Leistungsspektrums P(r, n) angibt.
7A und 7B sind schematische Draufsichten der mehreren Antennenelemente 20 in Antennenvorrichtungen gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel bzw. gemäß einer ersten Modifizierung des zweiten Ausführungsbeispiels.
8 ist eine schematische Draufsicht der mehreren Antennenelemente in einer Antennenvorrichtung gemäß einer zweiten Modifizierung des zweiten Ausführungsbeispiels.
9 ist eine schematische Draufsicht der mehreren Antennenelemente in einer Antennenvorrichtung gemäß einer dritten Modifizierung des zweiten Ausführungsbeispiels.
10A ist eine schematische Draufsicht der mehreren Antennenelemente in einer Antennenvorrichtung gemäß einer vierten Modifizierung des zweiten Ausführungsbeispiels, und 10B ist eine entlang einer Strichpunktlinie 10B-10B in 10A aufgenommene Querschnittsansicht.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Erstes Ausführungsbeispiel
Eine Antennenvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel und ein bewegbarer Körper, der mit der Antennenvorrichtung bestückt ist, werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen von 1A bis 6B beschrieben.
1A ist ein Diagramm, das veranschaulicht, wie mehrere Antennenelemente 20 in der Antennenvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel angeordnet sind. Die Antennenvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel umfasst die mehreren Antennenelemente 20, die jeweils eine Aussendung und/oder einen Empfang ausführen. Die mehreren Antennenelemente 20 sind aus einem Substrat bereitgestellt, das aus einem dielektrischen Material besteht, und sind arrayartig in einer ersten Richtung angeordnet. Ein orthogonales xyz-Koordinatensystem wird definiert, bei dem die erste Richtung, in der mehrere Antennenelemente 20 arrayartig angeordnet sind, die y-Achse-Richtung ist, und die nach vorne gerichtete Richtung der Antennenelemente 20 die x-Achse-Richtung ist. Jedes der Antennenelemente 20 weist eine breite Richtwirkung in der y-Achse-Richtung auf. Die Richtwirkung jedes der Antennenelemente 20 in der z-Achse-Richtung ist spitzer als die in der y-Achse-Richtung.
Zumindest eines der mehreren Antennenelemente 20 dient zum Senden und die verbleibenden Antennenelemente 20 dienen zum Empfangen. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel werden die zweite Antennenelemente 20 zum Senden verwendet und die verbleibenden vier Antennenelemente 20 werden zum Empfangen verwendet. Aus einem Sendeantennenelement 20 gesendete Funkwellen werden von einem Ziel reflektiert und die reflektierten Funkwellen werden durch die vier Empfangsantennenelemente 20 empfangen. Eine Kombination eines Sendeantennenelements 20 mit einem Empfangsantennenelement 20 definiert ein Sende-/Empfangssystem. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel definiert eine Kombination aus den zwei Sendeantennenelementen 20 und den vier Empfangsantennenelementen 20 acht Sende-/Empfangssysteme.
1B ist eine Kurve, die Strahlungsmuster der jeweiligen Antennenelemente 20 in einer xz-Ebene angibt. Die Strahlungsmuster der sechs Antennenelemente sind so angegeben, dass sie mittels durchgezogener Linien und Strichlinien und mittels der Dicke der durchgezogenen Linien und der Strichlinien in 1B voneinander zu unterscheiden sind. Die horizontale Achse stellt einen Winkel ϕ dar, welcher ein Neigungswinkel aus der x-Achse-Richtung in die z-Achse-Richtung ist, und die vertikale Achse stellt einen Gewinn dar. Abdeckungsbereiche von Hauptkeulen 26 der mehreren Antennenelemente 20 überlappen einander. Die Abdeckungsbereiche der Hauptkeulen 26 können beispielsweise als Bereiche definiert werden, in denen die Gewinne höher als oder gleich -3 dB sind, was der Maximalwert ist.
Die Formen von Seitenkeulen 27 der mehreren Antennenelemente 20 unterscheiden sich stark zwischen den mehreren Antennenelementen 20. Im Einzelnen unterscheiden sich nicht nur die Größenordnungen der Gewinne der Seitenkeulen 27, die Seitenkeulen 27 der Antennenelemente 20 weisen auch keine ähnlichen Formen auf. Beispielsweise unterscheiden sich die Antennenelemente 20 hinsichtlich der Anzahl von Spitzen der Nebenkeule 27, der Anzahl von Nullpunkten derselben, usw.
2 ist ein Blockdiagramm der Antennenvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Antennenvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel umfasst die in 1 veranschaulichten mehreren Antennenelemente 20, eine Signalverarbeitungseinheit 21 sowie eine Sende-/Empfangseinheit 22. Die Sende-/Empfangseinheit 22 umfasst einen Signalgenerator 221, mehrere Mischer 222 sowie mehrere Analog-Digital-Wandler (A/D-Wandler) 223. Aus den mehreren Antennenelementen 20 sind die zwei Antennenelemente 20 Sendeantennenelemente Tx und die verbleibenden vier Antennenelemente 20 sind Empfangsantennenelemente Rx.
Eine Kombination aus den zwei Sendeantennenelementen Tx und den vier Empfangsantennenelementen Rx definiert die acht Sende-/Empfangssysteme. Die Sende-/Empfangseinheit 22 verarbeitet für jedes Sende-/Empfangssystem gesendete und empfangene Hochfrequenzsignale. Beispielsweise moduliert der Signalgenerator 221 Trägerwellen senkrecht zueinander auf der Basis eines aus der Signalverarbeitungseinheit 21 empfangenen Modulationssignals und stellt den zwei jeweiligen Sendeantennenelementen Tx zwei modulierte Sendesignale bereit. Die Mischer 222 und die A/D-Wandler 223 sind für die acht jeweiligen Sende-/Empfangssysteme bereitgestellt. Die Mischer 222 mischen jeweils das Sendesignal und ein Empfangssignal, um ein Zwischenfrequenzsignal zu erzeugen. Die A/D-Wandler 223 führen jeweils eine A/D-Umwandlung an dem Zwischenfrequenzsignal durch. Ein aus der A/D-Umwandlung resultierendes Zwischenfrequenzsignal IF wird der Signalverarbeitungseinheit 21 zugeführt. Ein von der Signalverarbeitungseinheit 21 durchgeführter Prozess wird unten unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
3 ist ein schematisches Diagramm, das einen bewegbaren Körper 30, der mit einer Antennenvorrichtung 25 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel bestückt ist, und ein zu erfassendes Ziel 31 veranschaulicht. Die Antennenvorrichtung 25 ist auf einer Seitenfläche des bewegbaren Körpers 30 montiert. Das Strahlungsmuster eines Antennenelements 20 (2) der Antennenvorrichtung 25 wird mittels einer Strichlinie angegeben. In dem Strahlungsmuster treten eine Hauptkeule 26 und mehrere Nebenkeulen 27 auf. Die Antennenvorrichtung 25 ist in einer Ausrichtung an den bewegbaren Körper 30 befestigt, in der die y-Achse-Richtung, welche die Richtung ist, in der die mehreren Antennenelemente 20 ( 1) arrayartig angeordnet sind, waagerecht ist, und die Hauptkeule 26 der Antennenvorrichtung 25 auf das zu erfassende Ziel 31 gerichtet ist. Demgemäß ist der in 1B angegebene Winkel ϕ ein Erhebungswinkel und der Neigungswinkel aus der x-Achse-Richtung in die y-Achse-Richtung ist ein Azimutwinkel. Die Antennenvorrichtung 25 kann so montiert sein, dass die Hauptkeule 26 der Antennenvorrichtung 25 auf die Vorderseite oder die Rückseite des bewegbaren Körpers 30 gerichtet ist.
Das Ziel 31 ist beispielsweise ein Bordstein einer Straße. Eine Störfleckenquelle 32 wird beispielsweise durch eine Unregelmäßigkeit auf der Oberfläche einer Straße oder durch einen Metallkanaldeckel mit einem hohen Reflexionsvermögen der Funkwellen veranschaulicht. Das Ziel 31 befindet sich in dem Bereich, in dem die Abdeckungsbereiche der Hauptkeulen 26 der mehreren Antennenelemente 20 (1A) einander überlappen, und die Störfleckenquelle 32 befindet außerhalb der Abdeckungsbereiche der Hauptkeulen 26. Die Funkwellen, die aus den Sendeantennenelementen Tx (2) abgestrahlt und die durch ein Objekt reflektiert werden, z. B. das Ziel 31, die Unregelmäßigkeit auf der Oberfläche der Straße oder der Kanaldeckel, welche die Funkwellen reflektieren, werden von den Empfangsantennenelementen Rx (2) empfangen.
4 ist ein Flussdiagramm des von der Signalverarbeitungseinheit 21 (2) ausgeführten Prozesses.
Die Signalverarbeitungseinheit 21 führt eine Fourier-Transformation an dem aus der Sende-/Empfangseinheit 22 für jedes Sende-/Empfangssystem erhaltenen Zwischenfrequenzsignal IF (t,n) aus, um ein Leistungsspektrum P(r,n) zu berechnen (Schritt S1). Hier gibt eine Variable T des Zwischenfrequenzsignals IF (t,n) an, dass das Zwischenfrequenzsignal IF von der Zeit abhängt. Eine Variable r des Leistungsspektrums P(r,n) gibt an, dass das Leistungsspektrum P von der Distanz abhängt. Eine Variable n ist eine das Sende-/Empfangssystem identifizierende Systemzahl. Obwohl das durch die Fourier-Transformation erhaltene Leistungsspektrum P im Allgemeinen von der Frequenz abhängt, ist das Leistungsspektrum P bei dem ersten Ausführungsbeispiel abhängig von einer Distanz r dargestellt, da das Zwischenfrequenzsignal IF von der Distanz abhängende Schwebungsfrequenzkomponenten enthält.
5A ist eine Kurve, die ein Beispiel des Leistungsspektrums P(r,n) angibt (n ist eine Ganzzahl, die nicht kleiner als eins und nicht größer als acht ist). Die horizontale Achse stellt die Distanz r in Einheiten von „m“ dar und die vertikale Achse stellt eine Stärke dar. 5B ist eine Kurve, die aus einer Vergrößerung eines Teils der Hauptkeulen und der Nebenkeulen in der in 5A veranschaulichten Kurve resultiert. Wie in 5A und 5B angegeben ist, treten in allen Sende-/Empfangssystemen große Spitzen an einer Position auf, wo die Distanz r ungefähr 1,1 m beträgt. In den sechs Sende-/Empfangssystemen treten relativ große Spitzen an einer Position auf, wo die Distanz 0,85 m beträgt. In den verbleibenden zwei Sende-/Empfangssystemen tritt an der Position, wo die Distanz 0,85 m beträgt, keine Spitze auf.
Nach dem Berechnen des Leistungsspektrums P(r,n) erfasst die Signalverarbeitungseinheit 21 die Spitze des Leistungsspektrums P(r,n) für jedes Sende-/Empfangssystem, um Erfassungsverfügbarkeitsinformationen L(r,n)zu berechnen (Schritt S2). Beispielsweise kann ein Falschalarmraten-(CFAR, Constant False Alarm Rate)-Prozess auf die Spitzenerfassung angewendet werden. Wenn die Spitze an der Position der Distanz r des Leistungsspektrums P(r,n) des Sende-/Empfangssystems mit einer Systemzahl n erfasst wird, gilt L(r,n)=1. Wenn an derselben Position der Distanz r für das Sende-/Empfangssystem mit einer anderen Systemnummer n' keine Spitze erfasst wird, gilt L(r,n')=0.
Die Signalverarbeitungseinheit 21 berechnet für jede Distanz r, wo die Spitze erfasst wird, eine Spitzenerfassungsrate α(r) auf der Basis der Erfassungsverfügbarkeitsinformationen L(r,n). Die Spitzenerfassungsrate α(r) ist unter mittels folgender Gleichung definiert: $a (r) = \frac{1}{N} \sum_{n = 1}^{N} L (r, n)$
Hier bezeichnet N die Anzahl der Sende-/Empfangssysteme. Wenn die Antennenvorrichtung 25 aus den zwei Sendeantennenelementen Tx und den vier Empfangsantennenelementen Rx besteht, wie in 2 veranschaulicht ist, gilt N=8.
Bei dem in 5B veranschaulichten Beispiel gilt α(1,1)=1, da die Spitzen an der Position der Distanz r = 1,1 m für alle Sende-/Empfangssysteme erfasst werden. Zusätzlich dazu gilt α(0,85)=6/8, da die Spitzen an der Position der Distanz r = 0,85 m für die sechs Sende-/Empfangssysteme erfasst werden und an dieser Position für die verbleibenden Sende-/Empfangssystem keine Spitze erfasst wird.
Nach dem Berechnen der Spitzenerfassungsrate α(r) bestimmt die Signalverarbeitungseinheit 21, ob die Spitzenerfassungsrate α(r) einen Schwellwert überschreitet (Schritt S4). Falls die Spitzenerfassungsrate α(r) den Schwellwert überschreitet, bestimmt die Signalverarbeitungseinheit 21, dass die an der Position der Distanz r auftretende Spitze von dem Ziel in dem Abdeckungsbereich der Hauptkeule 26 verursacht wird (Schritt S5). Falls die Spitzenerfassungsrate α(r) niedriger als oder gleich groß wie der Schwellwert ist, bestimmt die Signalverarbeitungseinheit 21, dass die an der Position der Distanz r auftretende Spitze von Störflecken von außerhalb des Abdeckungsbereichs der Hauptkeule 26 verursacht wird (Schritt S6). Die Spitze basierend auf der Reflexion von dem Ziel in dem Abdeckungsbereich der Hauptkeule wird aus den in Schritt S2 auf die obige Weise erfassten mehreren Spitzen extrahiert. Die Verarbeitung in Schritt S4 entspricht einem Prozess, um die häufig in dem Leistungsspektrum P(r,n) für jedes Sende-/Empfangssystem auftretende Spitze zu erfassen.
Dann berechnet die Signalverarbeitungseinheit 21 die Distanz zu dem Ziel in dem Abdeckungsbereich der Hauptkeule 26 und den Azimut davon (Schritt S7). Die Distanz kann aus der Position der bei dem Zwischenfrequenzsignal IF auftretenden Spitze berechnet werden. Der Azimut des Zieles kann auf der Basis der Phasendifferenz des Zwischenfrequenzsignals IF zwischen den jeweiligen Sende-/Empfangssystemen und dem Abstand in der Y-Achse-Richtung zwischen den in der y-Achse-Richtung arrayartig angeordneten mehreren Empfangsantennenelementen 20 berechnet werden. Die Antennenvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel fungiert als Radarvorrichtung, die wie oben beschrieben die Distanz zu dem Ziel in dem Abdeckungsbereich der Hauptkeule 26 und den Azimut davon bestimmt.
Als Nächstes werden ausgezeichnete Vorteile des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel überlappen die Abdeckungsbereiche der Hauptkeulen 26 der mehreren Antennenelemente 20 (1) einander. Demgemäß werden die Funkwellen mit hoher Intensität aus den mehreren Sendeantennenelementen Tx (2) an die überlappenden Abdeckungsbereiche abgestrahlt. Zusätzlich dazu werden die von den Abdeckungsbereichen der Hauptkeulen 26 kommenden Funkwellen von den mehreren Empfangsantennenelementen Rx mit hoher Empfindlichkeit empfangen. Folglich treten die durch das in den Abdeckungsbereichen der Hauptkeulen 26 positionierte Ziel verursachten Spitzen bei den Zwischenfrequenzsignalen IF aller Sende-/Empfangssysteme auf.
Da sich die Formen der Nebenkeulen 27 (1B) zwischen den Antennenelementen 20 unterscheiden, treten die Spitzen, die durch die von außerhalb der Abdeckungsbereiche der Hauptkeulen 26 kommenden Funkwellen verursacht werden, im Gegensatz dazu nicht notwendigerweise in allen Sende-/Empfangssystemen auf. Demgemäß ist es möglich, auf der Basis des Anteils der Sende-/Empfangssysteme mit den Spitzen zu bestimmen, ob die Spitze durch das Ziel 31 in den Abdeckungsbereichen der Hauptkeulen 26 verursacht wird oder durch die Störflecken verursacht wird. Wie oben beschrieben, ist es gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel möglich, das zu erfassende Ziel zu bestimmen, wobei der Einfluss der Störflecken usw. reduziert ist.
Beispielsweise sind die Abdeckungsbereiche der Hauptkeulen 26 wünschenswerterweise als Bereich definiert, der -3 dB oder mehr von dem Gewinn der Spitze entfernt ist. In diesem Fall müssen die Abdeckungsbereiche der Hauptkeulen 26 aller Antennenelemente nicht notwendigerweise vollständig miteinander übereinstimmen. Beispielsweise ist es ausreichend, dass der Winkel ϕ (1B), bei dem die Abdeckungsbereiche der Hauptkeulen 26 der Antennenelemente 20 miteinander überlappen, 50 % oder mehr der Abdeckungsbereiche der Hauptkeulen 26 der jeweiligen Antennenelemente 20 darstellt.
Die ausgezeichneten Vorteile des ersten Ausführungsbeispiels werden im Folgenden unter Bezugnahme auf 6A und 6B beschrieben.
6A ist eine Kurve, die die Positionen von Zielen 35 veranschaulicht, welche unter Verwendung der Antennenvorrichtung 25 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel berechnet werden. Die horizontale Achse stellt die Position in der y-Achse-Richtung in Einheiten von „m“ dar und die vertikale Achse stellt die Position in der x-Achse-Richtung in Einheiten von „m“ dar. Der Ursprung entspricht der Position der Antennenvorrichtung 25. Die Ziele 35 werden an den zwei Positionen mit derselben Distanz zu der Antennenvorrichtung und mit unterschiedlichen Azimutwinkeln in Bezug auf die Antennenvorrichtung bestätigt.
6B ist eine Kurve, die die Wellenformen des für jedes Sende-/Empfangssystem berechneten Leistungsspektrums P(r,n) angibt. Die horizontale Achse stellt die Distanz r in Einheiten „m“ dar und die vertikale Achse stellt die Stärke in Einheiten von „dB“ dar. Die Spitzen treten an der Position auf, wo die Distanz r ungefähr 1 m beträgt. Die Stärken der Spitzen unterscheiden sich stark zwischen den Sende-/Empfangssystemen. Der Unterschied der Stärke wird durch die dadurch verursacht, dass die mehreren Ziele an den Positionen mit derselben Distanz und unterschiedlichen Azimutwinkeln vorhanden sind.
Wird beispielsweise ein Verfahren angenommen, bei dem die durch das Ziel verursachte Spitze von der durch das Störflecken verursachte Spitze auf der Basis der Abweichung der Spitzenstärke unterschieden wird, wird bestimmt, dass die Spitzen, deren Stärke unterschiedlich ist, wie in 6B veranschaulicht ist, die durch die Störflecken verursachten Spitzen sind. Wenn die mehreren Ziele in derselben Distanz vorhanden sind, kann eine falsche Erkennung der Ziele auftreten, wobei die Ziele verpasst werden.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel werden die durch das Ziel verursachten Spitzen von den durch die Störflecken verursachten Spitzen nicht auf der Basis der Änderung der Spitzenstärke unterschieden, sondern auf der Basis der Spitzenerfassungsrate α(r). Demgemäß können die durch das Ziel verursachten Spitzen mit hoher Reproduzierbarkeit auch aus dem in 6B angegebenen Leistungsspektrum P(r,n) erfasst werden. Folglich ist es möglich, die Ziele sogar dann zu erfassen, wenn die mehreren Ziele in derselben Distanz vorhanden sind.
Als Nächstes werden Modifizierungen des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben.
Obwohl in der Antennenvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel die zwei Sendeantennenelemente Tx und die vier Empfangsantennenelemente Rx bereitgestellt sind, wie in 2 veranschaulicht ist, können die Anzahl der Sendeantennenelemente Tx und die Anzahl der Empfangsantennenelemente Rx geändert werden. Alternativ dazu können ein Sendeantennenelement Tx und die mehreren Empfangsantennenelemente Rx bereitgestellt werden, oder die mehreren Sendeantennenelemente Tx und ein Empfangsantennenelement Rx können bereitgestellt werden. Es ist ausreichend, um die mehreren Sende-/Empfangssysteme zu definieren.
Die Antennenvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel kann als eine Antenne zur Datenkommunikation verwendet werden. In diesem Fall können in der Antennenvorrichtung lediglich die Sendeantennenelemente Tx bereitgestellt werden oder es können lediglich die Empfangsantennenelemente Rx bereitgestellt werden. Wenn die Antennenvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zur Datenkommunikation verwendet wird, können die Signale der Funkwellen, die aus den Abdeckungsbereichen der Hauptkeulen 26 kommen, vorzugsweise erfasst werden, im Vergleich zu den Signalen der Funkwellen, die aus anderen Richtungen kommen.
Zweites Ausführungsbeispiel
Im Folgenden werden Antennenvorrichtungen gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und Modifizierungen des zweiten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen von 7A bis 10B beschrieben. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel werden spezifische Konfigurationsbeispiele der mehreren Antennenelemente 20 (1A) in der Antennenvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
7A ist eine schematische Draufsicht der mehreren Antennenelemente 20 in der Antennenvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Jedes der mehreren Antennenelemente 20 umfasst mehrere Strahlungselemente 40, die entlang einer sich in der x-Achse-Richtung von einem elektrischen Versorgungspunkt 41 erstreckenden elektrischen Versorgungsleitung 42 angeordnet sind. Die mehreren Strahlungselemente 40 sind bei derselben Frequenz in Resonanz und bilden ein reihengespeistes Array aus. Jedes der Strahlungselemente 40 ist eine Patch-Antenne, die leitfähige Patches umfasst. Die in jedem der mehreren Antennenelemente 20 enthaltenen mehreren Strahlungselemente 40 sind in den mehreren Antennenelementen 20 unterschiedlich angeordnet.
Beispielsweise sind die zwei Strahlungselemente 40 auf beiden Seiten eines Phasenzentrums 43 des reihengespeisten Arrays in allen Antennenelementen 20 an derselben Position in der z-Achse-Richtung positioniert und die Positionen in der z-Achse-Richtung der anderen Strahlungselemente 40 unterscheiden sich zwischen den Antennenelementen 20. Wie oben beschrieben ist, ermöglicht es das Variieren der Positionen in der z-Achse-Richtung der Strahlungselemente 40 zwischen den Antennenelementen 20, dass sich die Formen der Nebenkeulen zwischen den Antennenelementen 20 unterscheiden.
7B ist eine schematische Draufsicht der mehreren Antennenelemente 20 in der Antennenvorrichtung gemäß einer ersten Modifizierung des zweiten Ausführungsbeispiels. Bei der ersten Modifizierung unterscheiden sich die in jedem der mehreren Antennenelemente 20 enthaltenen mehreren Strahlungselemente 40 in ihrer Abmessung und die mehreren Antennenelemente 20 weisen verschiedene Aspekte der Abweichung der Abmessungen der mehreren Strahlungselemente 40 auf. Beispielsweise weisen die jeweiligen Strahlungselemente 40 dieselbe Abmessung in der z-Achse-Richtung auf und weisen unterschiedliche Abmessungen in der y-Achse-Richtung auf. Die Strahlungselemente 40 auf beiden Seiten des Phasenzentrums 43 weisen in allen Antennenelementen 20 dieselben Abmessungen auf und die anderen Strahlungselemente 40 weisen unterschiedliche Abmessungen in der y-Achse-Richtung auf. Verschiedene Aspekte der Abweichung der Abmessungen aufzuweisen, bedeutet hier, dass sich die Abmessungen der Strahlungselemente 40 in ihrer Verteilung zwischen den mehreren Antennenelementen 20 in der z-Achse-Richtung unterscheiden.
Das Variieren der Aspekte der Abweichung der Abmessungen der Strahlungselemente 40 zwischen den mehreren Antennenelementen 20 ermöglicht es, dass sich die Formen der Nebenkeulen zwischen den Antennenelementen 20 unterscheiden.
8 ist eine schematische Draufsicht der mehreren Antennenelemente 20 in der Antennenvorrichtung gemäß einer zweiten Modifizierung des zweiten Ausführungsbeispiels. Bei der zweiten Modifizierung umfassen die jeweiligen mehreren Antennenelemente 20 unterschiedliche Anzahlen der Strahlungselemente 40. Der Abstand zwischen den Strahlungselementen 40 in der z-Achse-Richtung ist konstant. Beispielsweise ist bei den die Strahlungselemente 40 mit ungerader Anzahl umfassenden Antennenelementen 20 ein Strahlungselement 40 an der Position des Phasenzentrums 43 angeordnet. Indem in den mehreren Antennenelementen 20 verschiedene Anzahlen der Strahlungselemente 40 enthalten sind, ist es möglich, dass sich die Formen der Nebenkeulen zwischen den Antennenelementen 20 unterscheiden.
9 ist eine schematische Draufsicht der mehreren Antennenelemente 20 in der Antennenvorrichtung gemäß einer dritten Modifizierung des zweiten Ausführungsbeispiels. Bei der dritten Modifizierung unterscheiden sich die Anordnungen der mehreren Strahlungselemente 40 in der z-Achse-Richtung, die Größen der mehreren Strahlungselemente 40 sowie die Anzahl der in jedem der Antennenelemente 20 enthaltenen Strahlungselemente 40 zwischen den mehreren Antennenelementen 20. Die zwei Strahlungselemente 40 auf beiden Seiten des Phasenzentrums 43 weisen in allen Antennenelementen 20 dieselbe Größe auf und sind an derselben Position in der z-Achse-Richtung platziert. Bei der dritten Modifizierung ist es auch möglich, dass die Formen der Nebenkeulen zwischen den Antennenelementen 20 variieren.
10A ist eine schematische Draufsicht der mehreren Antennenelemente 20 in der Antennenvorrichtung gemäß einer vierten Modifizierung des zweiten Ausführungsbeispiels. 10B ist eine entlang einer Strichpunktlinie 10B-10B in 10A aufgenommene Querschnittsansicht. Die Strahlungselemente 40 weisen in allen Antennenelementen 20 dieselbe Größe auf und sind an derselben Position in der z-Achse-Richtung platziert. Die Strahlungselemente 40 derselben Anzahl sind in allen Antennenelementen 20 angeordnet.
Die mehreren Antennenelemente 20 sind auf einem Substrat 23 angeordnet. Jedes der mehreren Antennenelemente 20 weist eine an der Vorderseite (der positiven Seite der x-Achse) der Strahlungselemente 40 angeordnete Radarhaube 50 auf. Die Radarhaube 50 umfasst einen in einem Abdeckungsbereich 28 der Hauptkeule des Strahlungsmusters des Antennenelements 20 angeordneten Hauptabschnitt 501 und einen in einem Bereich 29 außerhalb des Abdeckungsbereichs 28 der Hauptkeule angeordneten Nebenabschnitt 502.
Das Material und/oder die physische Struktur des Nebenabschnitts 502 der Radarhaube 50 unterscheidet bzw. unterscheiden sich zwischen den mehreren Antennenelementen 20. Die Hauptabschnitte 501 weisen bei den mehreren Antennenelementen 20 dasselbe Material und dieselbe physische Struktur auf.
Wenn sich das Material des Nebenabschnitts 502 der Radarhaube 50 zwischen den mehreren Antennenelementen 20 unterscheidet, unterscheidet sich die Permittivität des Nebenabschnitts 502 zwischen den mehreren Antennenelementen 20. Folglich unterscheiden sich der Durchlässigkeitsgrad der in die Richtung der Nebenkeulen abgestrahlten Funkwellen und der Durchlässigkeitsgrad der aus der Richtung der Nebenkeulen kommenden Funkwellen zwischen den mehreren Antennenelementen 20. Demgemäß ist es möglich, dass die Formen der Nebenkeulen zwischen den Antennenelementen 20 variieren.
Die zwischen den Antennenelementen 20 unterschiedliche physische Struktur des Nebenabschnitts 502 wird beispielsweise durch die Schaumgröße eines Schaummaterials, die Porendichte eines porösen Materials und die Oberflächenrauigkeit (Unregelmäßigkeiten) eines dielektrischen Körpers veranschaulicht. Indem die physische Struktur unterschiedlich ist, variiert der Durchlässigkeitsgrad der Funkwellen. Folglich unterscheidet sich der Durchlässigkeitsgrad der Funkwellen in die Richtung der Nebenkeulen zwischen den mehreren Antennenelementen 20. Demgemäß ist es möglich, dass die Formen der Nebenkeulen zwischen den Antennenelementen 20 variieren.
Die jeweiligen oben beschriebenen Ausführungsbeispiele sind lediglich Beispiele, und eine teilweise Ersetzung und Kombination der bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen angegebenen Komponenten ist möglich. Dieselben Wirkungen und Vorteile derselben Komponenten bei mehreren Ausführungsbeispielen sind nicht nacheinander für die jeweiligen Ausführungsbeispiele beschrieben. Zusätzlich dazu ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise ist für einen Fachmann die Möglichkeit unterschiedlicher Modifizierungen, Verbesserungen, Kombinationen, usw. ersichtlich.
Bezugszeichenliste

20: Antennenelement
21: Signalverarbeitungseinheit
22: Sende-/Empfangseinheit
25: Antennenvorrichtung
26: Hauptkeule
27: Nebenkeule
28: Abdeckungsbereich der Hauptkeule
29: Bereich außerhalb des Abdeckungsbereichs der Hauptkeule
30: bewegbarer Körper
31: Ziel
32: Störflecken
35: Ziel
40: Strahlungselement
41: elektrischer Versorgungspunkt
42: elektrische Versorgungsleitung
43: Phasenzentrum
50: Radarhaube
221: Signalgenerator
222: Mischer
223: A/D-Wandler
501: Hauptabschnitt der Radarhaube
502: Nebenabschnitt der Radarhaube
Rx: Empfangsantennenelement
Tx: Sendeantennenelement

Claims

Eine Antennenvorrichtung, die eine Mehrzahl von Antennenelementen aufweist, die jeweils eine Aussendung und/oder einen Empfang von Funkwellen ausführen, wobei Abdeckungsbereiche von Hauptkeulen von Strahlungsmustern der Mehrzahl von Antennenelementen einander überlappen und sich Formen von Nebenkeulen zwischen der Mehrzahl von Antennenelementen unterscheiden.
Die Antennenvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei jedes der Mehrzahl von Antennenelementen eine Mehrzahl von Strahlungselementen umfasst, die in einer ersten Richtung arrayartig angeordnet sind.
Die Antennenvorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Mehrzahl von Strahlungselementen, die in jedem der Mehrzahl von Antennenelementen enthalten sind, in der Mehrzahl von Antennenelementen unterschiedlich angeordnet sind.
Die Antennenvorrichtung gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei die Mehrzahl von Strahlungselementen aus einer Mehrzahl von leitfähigen Patches bestehen, die auf einem Substrat angeordnet sind und bei derselben Frequenz in Resonanz sind, wobei die Mehrzahl von leitfähigen Patches, die in jedem der Mehrzahl von Antennenelementen enthalten sind, sich hinsichtlich ihrer Abmessungen unterscheiden und die Mehrzahl von Antennenelementen unterschiedliche Aspekte der Abweichung der Abmessungen der Mehrzahl von leitfähigen Patches aufweisen.
Die Antennenvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei sich eine Anzahl der Mehrzahl von Strahlungselementen, die in jedem der Mehrzahl von Antennenelementen enthalten sind, zwischen der Mehrzahl von Antennenelementen unterscheidet.
Die Antennenvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei jedes der Mehrzahl von Antennenelementen zumindest ein Strahlungselement und eine Radarhaube umfasst, und wobei sich bei der Radarhaube ein Material und/oder eine physische Struktur eines Nebenabschnitts, der in einem den Nebenkeulen der Strahlungsmuster der Mehrzahl von Antennenelementen entsprechenden Bereich angeordnet ist, zwischen der Mehrzahl von Antennenelementen unterscheidet.
Die Antennenvorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei bei der Radarhaube ein in dem Abdeckungsbereich der Hauptkeule des Strahlungsmusters des Strahlungselements angeordneter Hauptabschnitt in der Mehrzahl von Antennenelementen dieselbe Permittivität aufweist und sich die Permittivität des Nebenabschnitts zwischen der Mehrzahl von Antennenelementen unterscheidet.
Die Antennenvorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei bei der Radarhaube ein in dem Abdeckungsbereich der Hauptkeule des Strahlungsmusters des Strahlungselements angeordneter Hauptabschnitt dieselbe Oberflächenrauigkeit in der Mehrzahl von Antennenelementen aufweist und sich die Oberflächenrauigkeit des Nebenabschnitts zwischen der Mehrzahl von Antennenelementen unterscheidet.
Die Antennenvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Mehrzahl von Antennenelementen zumindest ein Sendeantennenelement und zumindest ein Empfangsantennenelement umfasst und Kombinationen aus dem Sendeantennenelement und dem Empfangsantennenelement eine Mehrzahl von Sende-/Empfangssystemen ausbilden, wobei die Antennenvorrichtung ferner Folgendes aufweist: eine Sende-/Empfangseinheit, die Hochfrequenzsignale verarbeitet, die durch die Mehrzahl von Sende-/Empfangssystemen gesendet und empfangen werden; und eine Signalverarbeitungseinheit, die eine Fourier-Transformation an dem in der Sende-/Empfangseinheit verarbeiteten Signal für jedes der Mehrzahl von Sende-/Empfangssysteme ausführt, Spitzen einer aus der Fourier-Transformation resultierenden Wellenform erfasst, eine Spitze auf der Basis einer Reflexion von einem Ziel in dem Abdeckungsbereich der Hauptkeule aus den erfassten Spitzen extrahiert und eine Distanz zu dem Ziel in dem Abdeckungsbereich der Hauptkeule auf der Basis der extrahierten Spitze berechnet.
Die Antennenvorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei die Signalverarbeitungseinheit die Distanz zu dem Ziel in dem Abdeckungsbereich der Hauptkeule auf der Basis der extrahierten Spitze berechnet.
Ein bewegbarer Körper, der eine Radarvorrichtung aufweist, wobei die Radarvorrichtung eine Mehrzahl von Sende-/Empfangssysteme umfasst, die jeweils aus einer Kombination eines Sendeantennenelements und eines Empfangsantennenelements aus einer Mehrzahl von Sende- und Empfangsantennenelementen bestehen, wobei Abdeckungsbereiche von Hauptkeulen von Strahlungsmustern der Mehrzahl von Antennenelementen einander überlappen und Formen von Nebenkeulen derselben sich zwischen der Mehrzahl von Antennenelementen unterscheiden, wobei der bewegbare Körper ferner folgendes aufweist: eine Sende-/Empfangseinheit, die Hochfrequenzsignale verarbeitet, welche durch die Mehrzahl von Sende-/Empfangssystemen gesendet und empfangen werden; und eine Signalverarbeitungseinheit, die eine Fourier-Transformation an dem in der Sende-/Empfangseinheit verarbeiteten Signal für jedes der Mehrzahl von Sende-/Empfangssystemen ausführt, Spitzen einer aus der Fourier-Transformation resultierenden Wellenform erfasst, eine Spitze auf der Basis einer Reflexion von einem Ziel in dem Abdeckungsbereich der Hauptkeule aus den erfassten Spitzen extrahiert und eine Distanz zu dem Ziel in dem Abdeckungsbereich der Hauptkeule auf der Basis der extrahierten Spitze berechnet.
Ein Zielbestimmungsverfahren weist folgende Schritte auf: Verarbeiten von Hochfrequenzsignalen, die durch eine Mehrzahl von Sende-/Empfangssystemen gesendet und empfangen werden, welche jeweils aus einer Kombination eines Sendeantennenelements und eines Empfangsantennenelements aus einer Mehrzahl von Sende-/Empfangsantennenelementen bestehen, wobei dieselben Abdeckungsbereiche von Hauptkeulen von Strahlungsmustern aufweisen, die einander überlappen, und unterschiedliche Formen von Nebenkeulen aufweisen, um ein Zwischenfrequenzsignal für jedes Sende-/Empfangssystem zu erzeugen; Ausführen einer Fourier-Transformation an dem für jedes Sende-/Empfangssystem erzeugten Zwischenfrequenzsignal, um Spitzen einer aus der Fourier-Transformation resultierenden Wellenform zu erfassen; und Bestimmen, dass die Spitze, die häufig in der aus der Fourier-Transformation für jedes Sende-/Empfangssystem resultierenden Wellenform aufritt, eine durch ein zu erfassendes Ziel verursachte Spitze ist.