JP2007201868A - レーダ装置用送受信アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】 送信アンテナから受信アンテナへの送信波のレドーム内での漏れ込みによる干渉を低減すること。
【解決手段】 送信アンテナと受信アンテナをそれぞれマイクロストリップアレイアンテナで構成し、このマイクロストリップアレイアンテナを形成したアンテナ基板をレドームで覆う構造のレーダ装置用送受信アンテナにおいて、レドームの中央部を送信アンテナと受信アンテナの中間線に沿ってアンテナ基板側に折り曲げた構造とする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、レーダ装置用送受信アンテナ関し、特にミリ波レーダ装置で用いられる送受信アンテナに関するものである。

近年、車両の安全走行を支援するシステムでは、車両に搭載するセンサとしてミリ波レーダ装置が実用化されている。このミリ波レーダ装置では、送信アンテナと受信アンテナとがそれぞれ設けられるが、例えば特許文献１に開示されているように、送信アンテナと受信アンテナとをそれぞれマイクロストリップアレイアンテナで構成し、このマイクロストリップアレイアンテナを形成したアンテナ基板をレドームで覆い、アンテナを外界から保護するようにしている。

特開２００１−１２７５２３号公報

しかしながら、上記した構成のレーダ装置用送受信アンテナでは、送信アンテナに供給された送信波は、大部分が送信アンテナからレドームを介して外界に放射されるが、一部の送信波はレドームで反射され、受信アンテナに入射する現象が起こりうる。

すなわち、レーダ正面方向でのレドーム損失が最小となるよう、レドームの厚さは垂直入射で反射が生じないように設定するのが一般的であるが、送信波は完全な平面波ではないため、レドームに対する入射が垂直にならない送信波の成分は、レドームで一部反射されてしまい、受信アンテナに到達することが起こる。

レドームで反射された送信波が受信アンテナに入射しないよう、レドームの厚さを調整して垂直入射でない送信波の反射を抑えることは可能であるが、この場合は送信波の垂直入射成分の反射が大きくなり、アンテナ正面方向のレドーム損失が増大してしまう。入射角に応じてレドームの厚さを部分的に変化させて整合をとる手法も知られているが、ミリ波帯ではわずかなレドーム厚の製造誤差で反射特性が大きく変化してしまうため実用的ではなく、レドームの反射による送信波の受信アンテナへの入射を抑えるのは困難を伴う。

このような送信波の受信側への漏れ込みが生ずると、ミリ波レーダ装置では、受信雑音の増加となって現れるので、装置近傍の目標物が観測し難くなる、あるいは観測できなくなるという障害発生の原因になる。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであり、送信アンテナから受信アンテナへの送信波の漏れ込みを低減することが可能なレーダ装置用送受信アンテナを得ることを目的とする。

上述した目的を達成するために、この発明によるレーダ装置用送受信アンテナは、送信アンテナおよび受信アンテナを有したアンテナ基板と、上記アンテナ基板に対向配置されたレドームとを備え、レドームの中央部が上記送信アンテナと受信アンテナの間で上記アンテナ基板側に折り曲げられたことを特徴とする。
この場合、レドームは、送信アンテナおよび受信アンテナとの対向面が傾斜し、中央部が送信アンテナと受信アンテナの中間線に沿ってアンテナ基板側に窪んでいると良い。

この発明によれば、所望のレドーム整合厚を確保したまま、レドームに入射した送信波のうち反射される成分を受信アンテナとは反対方向へ放射するため、アンテナ正面方向の損失を増大させることなく受信アンテナに漏れ込む送信波を低減することができる。

この発明によれば、送信アンテナから受信アンテナへの送信波の入射を低減することができるので、受信特性を改善することができるという効果を奏する。

以下に図面を参照して、この発明にかかるレーダ装置用送受信アンテナの好適な実施の形態を詳細に説明する。

実施の形態１．
図１（ａ）は、この発明の実施の形態１であるレーダ装置用送受信アンテナの構成を示す概念断面図であり、図１（ｂ）はレーダ装置用送受信アンテナに設けられたレドームの上方斜視図である。

図１（ａ）に示すように、この実施の形態１では、アンテナ基板３と、アンテナ基板３の前面を覆うレドーム５とを備えている。前面側に送信アンテナ１と受信アンテナ２が形成されているアンテナ基板３は、アンテナ形成面と反対側（裏面）は地導体４が設けられている。送信アンテナ１と受信アンテナ２をそれぞれ構成するマイクロストリップアレイアンテナは、図示してないが、それぞれ、円形状や矩形状に形成したアンテナ素子（パッチアンテナ）を、図１（ａ）の紙面手前から裏面に向かって所定の態様（パターン）で複数個配列し、それらをストリップ線路で接続して、各アンテナ素子への給電点に導入するように構成されている。
なお、アンテナ素子はスロットアンテナであっても良く、給電線路はトリプレート線路やビアホール（ＶＩＡ）やスロット結合線路などで構成されても良い。

アンテナ形成面側の外周囲は図１（ａ）に示すように、送信アンテナ１と受信アンテナ２の中間線に沿って中央部５０ｃがアンテナ基板側に折り曲げられたレドーム５で覆われている。

詳述すると、アンテナ基板３の外周囲に円筒形状や角柱形状などの側壁５ａを有したレドーム５が立設している。レドーム５の側壁５ａ上部にはレドーム上面５ｂが付設される。レドーム上面５ｂの外周縁周辺５０ａは平坦状であり、この外周縁周辺５０ａから中央部５０ｃにかけて一様な傾斜面５０ｂが設けられる。中央部５０ｃは平坦状であり、中央部５０ｃがアンテナ基板３側に突き出て最近接するように折り曲げられ、傾斜面５０ｂが形成されている。また、傾斜面５０ｂは、送信アンテナ１と受信アンテナ２の中間線を対称線として、それぞれ２つの面が中央部５０ｃで対称に折り返されたＶ字溝形状を成している。２つの傾斜面５０ｂは、送信アンテナと受信アンテナに対し所定の傾斜角を有してそれぞれ対向するように配置される。なお、レドーム５の厚さはレドーム側壁５ａおよびレドーム上面５ｂ（５０ａ、５０ｂ、５０ｃ）において一様であることが望ましい。
図１（ｂ）にレドーム５の斜視図を示す。

図１（ａ）に例示したように、レドーム上面５ｂにおける窪み部５ｃの中央部５０ｃは、送信アンテナ１と受信アンテナ２の中間線に沿って折り曲げられるように配置されるのが好適である。中央部５０ｃは多少送信アンテナ１側もしくは受信アンテナ２側に多少寄っていても良い。要するに、送信アンテナ１および受信アンテナ２に対して所定の傾斜角を有して窪んでいれば良く、この窪みの中央部分が送信アンテナ１と受信アンテナ２の間を遮蔽するように配置されていれば良いのである。この場合、窪み部の傾斜面は、多角錐形状や多角錐台形状等、その他の形状でも良いが、図１（ｂ）に図示したＶ字溝形状は構造が簡単であり、製造し易いので、低価格化を図る上で好適である。

レドーム５の中央部５０ｃとアンテナ基板３との隙間の間隔（距離）は、本来ゼロ、すなわちアンテナ基板上面とレドームが接触しているのが理想である。しかし、レドームの生産上完全にゼロにすることが難しいので、送受信アンテナの指向性や送信アンテナと受信アンテナ間の干渉抑圧に影響がなくかつ製造上支障のない範囲で、中央部５０ｃをアンテナ基板上面の近傍まで折り曲げることが望ましい。

次に、図２を参照して、この実施の形態１によるレーダ装置用送受信アンテナおける受信側への送信波の漏れ込みを低減する作用を説明する。図２は、図１に示したレーダ装置用送受信アンテナにおいて、レドームの形状を折り曲げのない平坦形状とした一般的な形態である。

図２において、送信アンテナ１から放射される送信波７は、平坦レドーム６を透過する透過波８とレドームで反射される反射波９の成分に分離される。このうち平坦レドーム６の中央付近で発生する反射波９は、送信アンテナ１と受信アンテナ２の相対位置関係から受信アンテナ２に入射する。

入射波の反射を最小とするレドームの厚さｄは整合厚と称され、レドーム材料の損失係数（tanδ）が十分小さいとき、比誘電率εr、波長λ、入射角θを用いて、式（１）のように示される。なおｎは正の整数であり、n=1,2,3,・・・。

図２において平坦レドーム６の中央付近の反射波９を小さく抑えるためには、式（１）によって平坦レドーム６の中央付近への入射角において整合厚となるようレドーム厚ｄを定めれば良いことになるが、実際には誘電体には損失があるため、反射を完全に抑えることはできない。またレドーム材料の誘電率のばらつきや、レドーム厚さの製造誤差によっても反射波９は一般に増大する。また、垂直入射成分の反射が増大するため、アンテナ正面方向のレドーム損失が増大する。

図３は、図１に示すレーダ装置用送受信アンテナにて実現される受信側への送信電力の漏れ込みや回り込みを低減する作用を説明する図である。レドーム５の中央部分を折り曲げた形状としているため、レドーム５における反射波９はいずれも受信アンテナ２のほうに直接伝搬することはなく、受信アンテナ２の反対方向、あるいはアンテナ基板側に反射されるため、受信側への送信波の漏れ込みを低減する効果が得られる。

図１におけるレドーム５は、レドーム厚さｄ、レドームの折り曲げ角度θ_０（窪み部における傾斜面５０ｂのアンテナ基板面に対する傾斜角）がレドーム５への平均的な入射角θ_０となる。したがって、式（１）において、θ＝θ_０とすることによって得られるレドーム厚ｄに設定すれば、整合厚となりレドームを折り曲げない平坦レドーム６と同程度の損失にできる。すなわち、上記レドームは、上記送信アンテナおよび受信アンテナとの対向面がアンテナ基板面に対して一様に傾斜角θ_０で傾斜し、レドーム５の比誘電率ε_ｒ、送信電波の波長λとすると、式（１）を満足するようにレドーム厚ｄを決めることによって、アンテナ正面方向の損失は増大しない。

以上のように、この実施の形態によるレーダ装置用送受信アンテナは、送信アンテナと受信アンテナをそれぞれマイクロストリップアレイアンテナで構成し、このマイクロストリップアレイアンテナを形成したアンテナ基板をレドームで覆う構造のレーダ装置用送受信アンテナにおいて、レドームの中央部分を送信アンテナと受信アンテナの中間線に沿ってアンテナ基板側に折り曲げたことにより、送信側から受信側に漏れ込む送信波を低減することができる。

このレーダ装置用送受信アンテナは、特に、目標物の検出精度が雑音に影響されるミリ波レーダに適用すると有用である。

（ａ）この発明の実施の形態１によるレーダ装置用送受信アンテナの構成を示す概念断面図、（ｂ）レドームの上方斜視図である。 図１に示すレーダ装置用送受信アンテナにおいて、レドームの形状を一般的な平坦形状とした構成を示す概念断面図である。 レドームへの入射波と反射波の伝搬を説明する図である。

符号の説明

１ 送信アンテナ、２ 受信アンテナ、３ アンテナ基板、４ 地導体、５ レドーム、６ 平坦レドーム、７ 送信波、８ 透過波、９ 反射波。

Claims (3)

1. 送信アンテナおよび受信アンテナを有したアンテナ基板と、
   上記アンテナ基板に対向配置されたレドームとを備え、
   上記レドームは、中央部が上記送信アンテナと受信アンテナの間で上記アンテナ基板側に折り曲げられたことを特徴とするレーダ装置用送受信アンテナ。
2. 上記レドームは、上記送信アンテナおよび受信アンテナとの対向面が傾斜し、中央部が送信アンテナと受信アンテナの中間線に沿ってアンテナ基板側に窪んだことを特徴とする請求項１記載のレーダ装置用送受信アンテナ。
3. 上記レドームは、上記送信アンテナおよび受信アンテナとの対向面が一様に傾斜し、その傾斜角θ、レドームの比誘電率ε_ｒ、送信電波の波長λ、レドームの厚さｄとすると、
   

   

   が満足されることを特徴とする請求項１記載のレーダ装置用送受信アンテナ。

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