JP2017220921A - Radar device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、矩形状のホーンアンテナを用いたレーダ装置に関する。 The present invention relates to a radar apparatus using a rectangular horn antenna.
近年、市販の自動車用の衝突軽減、ならびに衝突防止制御のためのセンサ機器としてレーダ装置が急速に普及しつつある。今後の高度安全機能として、二輪車の運転者及び歩行者保護、並びに不可視領域に対する運転者支援が要求されている。自動車の安全装置機能の多様化に伴い、視野の広角化、検出距離の延長ならびに検出対象となる対象物の認識率の向上が求められる。 In recent years, radar devices are rapidly spreading as sensor devices for commercially available automobile collision reduction and collision prevention control. As advanced safety functions in the future, motorcycle driver and pedestrian protection and driver assistance for invisible areas are required. With the diversification of automobile safety device functions, it is required to widen the field of view, extend the detection distance, and improve the recognition rate of the object to be detected.
本発明は、車載用レーダ等のアンテナとして矩形ホーンを用いる場合について、仰角方向のサイドローブを低減することを目的とする。車載レーダは車両の前方・側方の水平面内を監視対象とし、この領域内の物体だけを検出するためレーダアンテナは一般に水平方向に広く仰角方向には狭い扁平な扇状ビーム特性を持つ。また、立橋や信号機などの車両より上にある構造物を前方の障害物として検出しないように仰角方向のサイドローブを極力低減する必要がある。仰角方向に狭い扇状ビーム特性を得るためアンテナの開口は上下方向に広い縦長の形状となる。矩形ホーン以外のアンテナ方式では、例えばプリントアンテナなどでは放射素子を縦方向に並べたリニアアレーを用いる事が多い。その場合は各放射素子への給電電力を中央部で大きく、両端側で小さくなるように配分することによりアレーの配列方向、即ち仰角方向のサイドローブを低減することができる。しかし一般の矩形ホーン、即ち矩形状の導波管の縦横寸法を徐々に広げた形状のものでは、開口の電力分布を制御することは難しい。 An object of the present invention is to reduce side lobes in an elevation angle direction when a rectangular horn is used as an antenna for a vehicle-mounted radar or the like. In-vehicle radar monitors the front and side of the vehicle in the horizontal plane, and in order to detect only objects in this region, the radar antenna generally has a flat fan-shaped beam characteristic that is wide in the horizontal direction and narrow in the elevation direction. In addition, it is necessary to reduce the side lobes in the elevation direction as much as possible so that structures above the vehicle such as a standing bridge and a traffic light are not detected as obstacles ahead. In order to obtain a fan-shaped beam characteristic that is narrow in the elevation angle direction, the aperture of the antenna has a vertically long shape that is wide in the vertical direction. In an antenna system other than a rectangular horn, for example, a printed antenna or the like often uses a linear array in which radiating elements are arranged in the vertical direction. In that case, the side lobes in the array arrangement direction, that is, the elevation angle direction can be reduced by allocating the power supplied to each radiating element so that it is large at the center and small at both ends. However, it is difficult to control the power distribution of the aperture with a general rectangular horn, that is, a rectangular waveguide having a shape in which the vertical and horizontal dimensions are gradually widened.
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、車室内へ取り付けられるレーダ等のアンテナで放射器として矩形ホーンを用いる場合において、サイドローブを抑制することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to suppress side lobes when a rectangular horn is used as a radiator in an antenna such as a radar attached to a vehicle interior.
本発明は、直線偏波の電波の放射および受信の少なくとも一方を行うホーンアンテナおよび前記電波を伝達する導波路を有するアンテナ部材と、前記電波の発生および受信の少なくとも一方を行う回路部と、を備えるレーダ装置であり、前記ホーンアンテナの基部と前記導波路とが接続され、前記導波路と前記回路部とが接続され、前記ホーンアンテナは、前記基部からアパチャに向けて延びる筒型形状を有し、前記ホーンアンテナの軸に対して垂直な面における前記ホーンアンテナの断面は矩形形状を有し、前記断面の面積は前記基部から前記アパチャに向けて徐々に増大し、前記ホーンアンテナの内周面は、前記基部から前記アパチャに向けて伸び、前記電波の電界の向きに垂直であり互いに対向する天面及び底面と、前記天面及び前記底面を繋いで互いに対向する右側面及び左側面を有し、前記天面および前記底面は、前記天面から前記底面までの間隔の拡張の比率が第1の比率である第1急拡張部と、前記急拡張部よりアパチャ側に位置し、前記天面から前記底面までの間隔の拡張の比率が前記第1の比率よりも小さい第2の比率である第1緩拡張部を有する。 The present invention includes a horn antenna that performs at least one of radiation and reception of radio waves of linear polarization, an antenna member having a waveguide that transmits the radio waves, and a circuit unit that performs at least one of generation and reception of the radio waves. A radar device comprising: a base portion of the horn antenna and the waveguide connected; the waveguide and the circuit portion connected; and the horn antenna having a cylindrical shape extending from the base toward the aperture. The cross section of the horn antenna in a plane perpendicular to the axis of the horn antenna has a rectangular shape, and the area of the cross section gradually increases from the base toward the aperture, and the inner circumference of the horn antenna The surface extends from the base portion toward the aperture, and is perpendicular to the direction of the electric field of the radio wave and faces each other, and the top surface and the bottom surface A first abrupt extension portion having a right side surface and a left side surface facing each other by connecting surfaces, wherein the top surface and the bottom surface have a first ratio of an expansion ratio of a distance from the top surface to the bottom surface; And a first slowly expanding portion that is located closer to the aperture than the suddenly extending portion and has a second expansion ratio that is smaller than the first ratio.
本発明に係る例示的な一実施形態によれば、仰角方向におけるサイドローブの小さなレーダ装置を得ることができる。 According to an exemplary embodiment of the present invention, a radar apparatus having a small side lobe in the elevation angle direction can be obtained.
以下、実施形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、以下の説明で用いる図面では、特徴とならない部分を省略して図示している場合がある。
また、各図にはX−Y−Z座標系を示した。以下の説明において、必要に応じて各座標系に基づき各部位の説明を行う。
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
In the drawings used in the following description, portions that are not characteristic may be omitted.
Each figure shows an XYZ coordinate system. In the following description, each part will be described based on each coordinate system as necessary.
図1にアンテナ部材10を示す。アンテナ部材10は、例えばミリ波帯の電波を放射、受信するレーダ装置に使用される。アンテナ部材10は、ホーンアンテナ1および矩形導波管9を有しており、高周波電力を矩形導波管9で伝送し、ホーンアンテナ1で放射する。即ち、この場合ホーンアンテナ1は、放射用ホーンアンテナである。また、ホーンアンテナ1でミリ波帯の電波を受信し、矩形導波管9によって伝送する。矩形導波管9は、管軸方向に対して垂直な断面が矩形状である導波路である。
FIG. 1 shows an
通常、ホーンアンテナとは、末広がりに拡がる筒状の部材を指すが、本願明細書においてはやや異なる意味で用いる。本発明が着目するところは、電波が伝達される空洞部分であるため、この空洞部分を指してホーンアンテナと呼ぶ事とする。但し、この空洞は導体の壁で囲まれていなければならない。
よって、例えば一つの導体製のブロック形状の部材が3つの末広がりの空洞を備えている場合は、その1つの部材が3つのホーンアンテナを備えている事になる。また、末広がりの導体製の筒が3つ束ねられている場合も、3つのホーンアンテナがある事になる。
また、ホーンアンテナとは、より詳しくは、基部からアパチャ(aperture)側に向けて伸びる空洞であり、その空洞部分が伸びる方向に垂直な面における該空洞部分の断面積は基部からアパチャに向けて連続的に拡大する。
ホーンアンテナのアパチャについては、開口(opening)と表現される事もある。ここで、矩形ホーンアンテナとは、ホーンアンテナが向く方位に垂直な面で当該ホーンを切断した際の内部空間の断面が矩形であるホーンアンテナを指す。なお、本明細書中もしくは請求項中において、ホーンアンテナの向く方位について言及する場合、それはホーンアンテナの基部からアパチャ側を見通す際の方位を意味する。
In general, a horn antenna refers to a cylindrical member that spreads toward the end, but is used with a slightly different meaning in the present specification. Since the present invention pays attention to a hollow portion through which radio waves are transmitted, this hollow portion is referred to as a horn antenna. However, this cavity must be surrounded by a conductor wall.
Therefore, for example, when a block-shaped member made of one conductor has three diverging cavities, the one member has three horn antennas. In addition, when three pipes made of a conductor having a wide end are bundled, there are three horn antennas.
More specifically, the horn antenna is a cavity extending from the base toward the aperture, and the cross-sectional area of the cavity in a plane perpendicular to the direction in which the cavity extends extends from the base toward the aperture. Expand continuously.
The aperture of a horn antenna is sometimes expressed as opening. Here, the rectangular horn antenna refers to a horn antenna whose internal space has a rectangular cross section when the horn is cut along a plane perpendicular to the direction in which the horn antenna faces. In addition, in this specification or a claim, when mentioning the azimuth | direction which a horn antenna faces, it means the azimuth | direction when seeing the aperture side from the base part of a horn antenna.
ここから、ホーンアンテナ1の形状について述べる。
ホーンアンテナ1は上下方向及び左右方向において鏡映対称である。アパチャ2の横幅をA、縦寸法をB、アパチャ2からこれと対向する基部3までの奥行長をHで表す。基部3には電波の入出力端となる矩形導波管9が接続する。ホーンアンテナ1は直線偏波の電波の送受信が可能である。偏波方向は矩形導波管9により定まる。矩形導波管9は導波管の管軸方向に垂直な断面が矩形状であり、横幅をWa、縦寸法をWbと表す。詳細な説明は後述するが、Wa<λ、Wb<λ/2として、図示のように横方向の方が長い形状を選択することにより、垂直偏波(放射波の電界が上下方向を向く)の電波を伝送することが出来る。ここでλは使用周波数における電波の自由空間波長で、車載レーダで用いられる76.5GHzではλ=3.92mmである。ホーンアンテナ1の外形は角錐形状であり、四つの側面は導体製である。導体製の側面は実際には厚みを持つが、電気的にホーンアンテナとして機能するのは側面で囲まれた中空の内部空間のみであるので、図には天面4と底面5と左側面6と右側面7だけを示している。
矩形導波管9は、一端がホーンアンテナ1の基部に接続する。直線偏波の電界の向きは、ホーンアンテナ1の天面4及び底面5に対して垂直である。
From here, the shape of the
The
One end of the
本発明では、天面4及び底面5は、基部3からアパチャ2に向けて進むに従って高さ方向の隔たりが大きくなる拡張部を有する。拡張部は、高さの拡張の比率が第1の比率である第1急拡張部400aと、第1急拡張部400aよりアパチャ2側に位置して、高さの拡張の比率が第2である第1緩拡張部400bとを有する。第2の比率は、第1の比率よりも小さい。比率とは、アパチャの中心と基部の中心とを結ぶ軸を基準として、拡張部が基部からアパチャに向けて進む際に、進んだ距離に対する軸から離れる距離の割合を表し、比率が大きいほど離れる距離が大きい。例えば、一方の比率が他方の比率に比べて小さいということは、筒型の軸と1方の拡張部とがなす角度が、筒型の軸と他方の拡張部とがなす角度に比べて小さいということを意味する。基部3から第1急拡張部400aまでの筒型の軸方向における長さ寸法をJ、第1の比率の急拡張部400aから第1緩拡張部400bに変化する点における上下の高さ寸法をVで表す。
一般的な矩形ホーンアンテナを、標準的な矩形ホーンアンテナと呼ぶ。図8に標準的な矩形ホーンアンテナ500を示す。ここでは、標準的な矩形ホーン500アンテナについて、非特許文献1の説明を紹介する。
A general rectangular horn antenna is called a standard rectangular horn antenna. FIG. 8 shows a standard
標準的な矩形ホーンアンテナ500の形状は文献中の図6・4に示されるように矩形状の導波管を漸次広げていったものである。対して、本発明は、電界方向に対して交差する内壁面において、拡張の比率の不連続な変化を伴う折れ曲がり部8を追加したものである。
The standard
図2は本発明によるホーンアンテナ1の放射特性の例を示す。ホーンアンテナ1は上下方向及び左右方向において鏡映対称であるので、冗長な表示を避けるために、アパチャ2の開口面から正面方向を中心として、図の右半面に仰角上方向、左半面に水平左方向のみの指向特性を示している。図の右半面において水平軸は正面方向を0度とする仰角を表し、左半面においては正面方向を0度とする方位角を示す。点線30は対比例とする標準的な矩形ホーンアンテナ500の指向特性である。奥行長をH>1.2B2/λ程度に長くすればサイドローブはこれより3dB程度低下する。各部の寸法を調節しても、それ以上は改善しない。破線31、実線32は本発明によるホーンアンテナ1の指向特性を示す。図示の通り、仰角方向における指向特性においてサイドローブが大幅に低減している。破線31はサイドローブ低減を重視して設計した場合の指向特性を示す。この場合、点線30に比べビーム幅が広がり、ピーク(0°方向)利得も低下する。実線32は、点線30と同等のピーク利得を確保しつつ、サイドローブが可能な限り小さくなるように設計した際の、指向特性である。
FIG. 2 shows an example of radiation characteristics of the
いずれの設計においても、ホーンアンテナの開口寸法はA=16mm、B=16mm,奥行はH=40mmである。拡張部の寸法は、破線31の特性を示すホーンアンテナではJ=2.8mm、V=6.6mm、実線32の特性を示すホーンアンテナではJ=4.4mm、V=7mmである。ホーンアンテナの開口からターゲットまでの距離は、奥行長Hの10倍以上である。回路部は、共同して、例えばFMCW方式で駆動されターゲットまでの距離を計測する。この際、回路部は所定の周波数以下のビート信号はフィルターなどを用いて除去する。このため、この例では1m以下の距離は計測されない。信号処理を工夫すれば、より近い距離のターゲットでも計測は可能だが、ホーンアンテナの開口からターゲットまでの距離は、奥行長Hの10倍未満になると、本発明が採用するホーンアンテナによってレーダ計測に好適な電場が形成されているかどうか不明である。よって、これ以下の距離は計測対象としない。FMCW以外の、パルス方式で距離を計測する場合も同様である。
In any of the designs, the opening size of the horn antenna is A = 16 mm, B = 16 mm, and the depth is H = 40 mm. The dimensions of the extended portion are J = 2.8 mm and V = 6.6 mm for the horn antenna showing the characteristics of the
この設計例以外にもBが3〜8λ、Hが8〜20λの範囲でシミュレーションを行った。その結果では、拡張部の変化は基部3側で勾配を大きくアパチャ2側で緩くなるように与える方が、サイドローブ低減のためには有効である。すなわち、高さの拡張の比率が第1の比率である第1急拡張部400aと、第1急拡張部400aよりアパチャ2側に位置して、高さの拡張の比率が第2である第1緩拡張部400bとを有し、第2の比率は、第1の比率よりも小さい構造が好ましい。なお、水平特性ではビーム幅やパターン形状に大きな違いは生じない。従って、天面4及び底面5の拡張部による効果は仰角特性にのみ現れると考えられる。この効果はホーンアンテナ1内における高周波電力の高次モードによるものである。高次モードについては、以下で説明する。
In addition to this design example, simulation was performed in the range of 3 to 8λ for B and 8 to 20λ for H. As a result, it is more effective to reduce the side lobe by giving the change of the expansion portion such that the gradient is large on the
ホーンアンテナ1でも内部電界強度分布は矩形導波管9の定常解(同じ内壁断面形状で直線状に延びる場合)と同じとして求められる。矩形導波管9内部の電磁界は内壁面の寸法形状に応じて定まる固有モードをとって伝搬する。本発明で用いる2つのモードはそれぞれTE10及びTE12と呼ばれる。TEモードの電界成分は一般式として以下の数式1及び数式2で与えられる。矩形断面の四隅の一点を原点Oに、電界方向をy方向、これに垂直な方向をx方向とする。この際、x,y方向の辺長wa,wbに対して、次の数式1、数式2で電界が与えられる。
自由空間波長λがこの遮断波長より長い、即ち周波数が低い場合は、そのモードは矩形状の導波管内では存在できない(遮断される)。最も遮断波長が長く上下方向(y方向)の電界を持つモードはTE10モードであり、x方向およびy方向の電界成分は以下で与えられる。
通常、矩形導波管9ではTE10モードだけが存在できるように寸法を設計する。その条件はλ/2<wa<λ、及びwb<λ/2である。TE10は主モード(Dominant Mode)と呼ばれ、それ以外は高次モード(Higher Mode)と呼ばれる。ホーンアンテナ1において、入出力端の矩形導波管9内では主モードのみが存在するが、内壁の矩形断面寸法が広がると高次モードも存在できるようになる。標準的な矩形ホーンアンテナ500、即ち断面寸法が徐々に連続して広がる場合には高次モードは発生せず、開口面には主モードのみが伝達する。しかし、拡張部に不連続な変化を与えることにより高次モードを発生させることができる。
In general, the
本発明のホーンアンテナ1では電界方向に対して直行する内壁面の拡張部に、拡張の比率が不連続に変化する折れ曲がり部8を持たせており、折れ曲がり部8によって高次モードであるTE1nモードが発生する。拡張の比率の不連続な変化によって、TE10モードの電力の一部がTE1nモードへ変換される。この場合、nは1以上であり、TE11、TE12、TE13・・の順に遮断波長は長くなる。ここで、TE11及びTE13モードでは上側と下側の電界の向きが逆向きであり、ホーンアンテナの天面と底面との間に大きな非対称がなければ発生しない。そのため、ホーンアンテナ1ではTE11及びTE13モードは発生しない。式(3)により、TE12モードを発生させるためにはホーンアンテナ1の上下の高さ寸法(縦幅)Vは少なくともλより大きくする必要がある。また、概ねV<2λとすればTE14モードの発生を防ぐことができる。この結果、開口面にはTE10モードとTE12モードとが混在することになる。
In the
図3(a)、(b)、(c)にTE10、TE11、TE12各モードの電界分布を模式的に示す。矢印の方向が電界の向きを、矢印の長さが電界強度である電界の大きさを示し、矢印が長いほど電界強度が大きいことを表す。矢印の方向が同じであれば電界の位相は同じだが、逆向きである場合は逆位相で振動する。例えば(a)のTE10モードでは、電界はホーンアンテナの全体が同位相で振動するが、(b)のTE11モードではホーンアンテナの上半分と下半分とでは、位相がπだけ異なる状態で振動する。(c)のTE12モードでは、上下方向において中央部分と上下の壁面側では電界の方向が逆向きになる。従って、TE10モードとTE12モードの電界方向が中央で同じ向きになるように位相を調整すれば、TE10モードとTE12モードの電界強度が足しあわされて、上下方向の電界強度は中央で大きく壁面側で小さい分布となる。ホーンアンテナ内部の電界をこのように調整する事で、サイドローブを低減できる。 3A, 3B, and 3C schematically show electric field distributions in each mode of TE10, TE11, and TE12. The direction of the arrow indicates the direction of the electric field, and the length of the arrow indicates the electric field strength. The longer the arrow, the higher the electric field strength. If the direction of the arrow is the same, the phase of the electric field is the same, but if it is in the opposite direction, it vibrates in the opposite phase. For example, in the TE10 mode of (a), the entire electric field of the horn antenna vibrates in the same phase, but in the TE11 mode of (b), the upper half and the lower half of the horn antenna vibrate in a state in which the phases are different by π. . In the TE12 mode of (c), the direction of the electric field is reversed between the center portion and the upper and lower wall surfaces in the vertical direction. Therefore, if the phase is adjusted so that the electric field directions of the TE10 mode and the TE12 mode are the same in the center, the electric field strengths of the TE10 mode and the TE12 mode are added together, and the electric field strength in the vertical direction is large at the center and on the wall side. The distribution is small. Side lobes can be reduced by adjusting the electric field inside the horn antenna in this way.
図3(d)はホーンアンテナ内部における電界強度の分布を示すグラフであり、縦軸はy方向位置を表し、横軸は電界強度を示す。点線50はTE10モード単独の電界強度の分布であり、電界強度はy方向に一様である。実線51は、50を基準(=1)としてTE10モードとTE12モードとが合成された電界強度の分布を示している。図3(d)の電界強度の分布は以下で与えられる。
ホーンアンテナの内部がこの電界強度分布をとった際の、仰角方向における電波の放射特性の計算値を図4に示す。実際のホーンアンテナでは非特許文献1の図6・3に説明されるように波面のずれが生じ、アパチャの天面及び底面側では中央より位相が遅れることになる。この位相差により同文献の図6・6に示されるような特性変化が現れるが、本明細書の図4では位相遅れが十分に小さい状況を想定している。細線60はδ=0、即ちTE10モード単独の場合の指向特性を表す。破線61、実線62、鎖線63、点線64は各々δ=0.3、0.5、0.7、0.85の場合の指向特性を表す。δを増すほどサイドローブは低下し、概ねδ=0.85で最小となる。しかしビーム幅は広がり、仰角方向に狭いビーム特性を得るという、所期の目的は達成できなくなる。δ値が同じであれば、ビーム幅はアパチャの縦寸法Bに反比例する。本図4では、δ=0.85ではδ=0.3の場合に比べてビーム幅は約1.4倍になっている。よって、δ=0.85のサイドローブと同程度の利得で本図4のδ=0.3と同等のビーム幅を得るためにはB寸法を1.4倍にする必要があり、即ちアンテナ/レーダ装置の寸法が増す。δ=0.3の場合でもセカンドローブの大きさは明瞭に縮小しており、発明の狙いが達成されている。これらの知見より、δは0.3〜0.7の範囲内で選ぶのが適当と考えられる。前出の図2で、破線31はδ=0.58、実線32はδ=0.36の際の指向特性を表す。
FIG. 4 shows calculated values of radio wave radiation characteristics in the elevation direction when the inside of the horn antenna has the electric field intensity distribution. In an actual horn antenna, a wavefront shift occurs as described in FIGS. 6 and 3 of
なお、TE12モードの電界強度に加え主モードとの相対位相も調整する必要がある。本設計では電磁界シミュレータを用いて最適な形状(拡張部のJ,V寸法)を選ぶ手法により、最適な位相に調整している。 In addition to the electric field strength of the TE12 mode, it is necessary to adjust the relative phase with the main mode. In this design, an optimum phase is adjusted by a method of selecting an optimum shape (J and V dimensions of the extended portion) using an electromagnetic field simulator.
図5に本発明の第2の実施例のアンテナ部材10−1を示す。(a)は正面図、(b)は側面図、(c)は上面図である。ホーンアンテナ11において、天面41及び底面51に折れ曲がり部81を備える点は、第1の実施例である図1(b)と同じであるが、左側面61と右側面71にも折れ曲がり部82を備える点で異なる。すなわち、幅の拡大の比率が第3の比率である第2急拡張部501aと、第2急拡張部501aよりアパチャ21側に位置して、幅の拡大の比率が第4である第2緩拡張部501bとを有し、第4の比率は、第3の比率よりも小さい。基部31から第2急拡張部401aまでの筒型の軸方向の長さ寸法をJ、第2急拡張部401aから第2緩拡張部401bに変化する境界におけるホーンアンテナ内空洞の幅をUで表す。
FIG. 5 shows an antenna member 10-1 according to a second embodiment of the present invention. (A) is a front view, (b) is a side view, and (c) is a top view. The
図6にホーンアンテナ11の放射特性を示す。点線30は図2と同じ標準的な矩形ホーンアンテナ500の場合の指向特性を示し、実線41は図5の構造のアンテナの指向特性である。
仰角方向のサイドローブの抑制と共に、仰角方向および水平方向について0.7dBのピーク利得の増加が得られている。ホーンアンテナ11の左側面61と右側面71に設けられた折れ曲がり部82は、高次モードであるTE30モードを発生させる。これによって水平方向の電界分布を修正し、放射効率を向上させることが可能である。開口寸法、奥行き長、及び矩形導波管寸法は図3の場合と同じで、実線41の拡張部はJ=5mm、V=7.2mm、U=7.2mmである。
FIG. 6 shows the radiation characteristics of the
Along with the suppression of the side lobes in the elevation direction, an increase in peak gain of 0.7 dB is obtained in the elevation direction and the horizontal direction. A
図7に、本発明の第3の実施例のアンテナ部材10−2を示す。(a)は正面図、(b)は側面図、(c)は上面図である。図7のホーンアンテナ12は、基部32に矩形導波管9の長辺方向に横幅がWaからFに不連続に広がる段構造をさらに有する。すなわち、ホーンアンテナ12は、基部32と第1急拡張部402aとを繋ぎホーンアンテナ12の軸に垂直な平面である平面部600を有する。その他、図1と同一の部位には同じ番号を付している。
FIG. 7 shows an antenna member 10-2 according to a third embodiment of the present invention. (A) is a front view, (b) is a side view, and (c) is a top view. The
ホーンアンテナ12における段構造は、TE30モードを発生させる。これによって水平方向の電界分布を修正し、放射効率を向上させることが可能である。TE12,TE30両モードに対して各々の発生量及び主モードに対する位相を別個に調整する必要がある。設計としては、各モードの発生量に対しては主にVとUを、位相に対しては主にJとFを、適宜選定する。
The step structure in the
図9は、ホーンアンテナを使用したレーダ装置100の外観構成を表す斜視図である。図10は、レーダ装置100の模式縦断面図である。図10は、一つの平面に沿った断面ではなく、説明する部位をわかり易く示すために、部位を通過する適当な平面に沿った断面を適宜選択して示した断面図である。レーダ装置100は、例えばミリ波帯の電波を放射、受信するレーダ装置である。レーダ装置100は、例えば車両の前方を向いて取り付けられ、車両前方の物体を検出する。
FIG. 9 is a perspective view illustrating an external configuration of a
図9、図10に示すように、レーダ装置100は、アンテナ部材10−5と、レーダ制御基板(回路部)40と、電源回路基板50と、を有する。
アンテナ部材10−5は、レーダ波を受信するための受信用ホーンアンテナ101及びレーダ波を放射するための放射用ホーンアンテナ102と、断面が矩形状である矩形導波管9を備える。矩形導波管9は、一端がそれぞれのホーンアンテナの基部に接続される。
レーダ制御基板40は、アンテナ部材10−5の上面10aに取り付けられる。電源回路基板50は、レーダ制御基板40の上方に位置しレーダ制御基板40と配線60により接続されている。
As shown in FIGS. 9 and 10, the
The antenna member 10-5 includes a receiving
The
レーダ装置100は、レーダ制御基板40内の送信回路が出力する高周波電力を矩形導波管9で伝送し、アンテナ部材10の放射用ホーンアンテナ102からレーダ波として放射する。高周波電力の周波数は、この例では76.5GHz帯である。また、レーダ装置100は、検知対象物に反射したレーダ波を受信用ホーンアンテナ101において受け、矩形導波管9で伝送し、レーダ制御基板40内の受信回路において受信する。
ここで、受信用ホーンアンテナ101および放射用ホーンアンテナ102の各基部は、必ずしも矩形導波管に接続されていなくとも良い。例えば、導波管にスロットを設けて、スロットを介して各基部に電波が伝送、またはスロットを介してレーダ制御基板に電波が伝送されても良い。結果的に、レーダ制御基板からホーンアンテナに電波が伝送される、またはホーンアンテナからレーダ制御基板に電波が伝送されることができれば、各基部に接続される伝送構造は問わない。
The
Here, the bases of the receiving
なお、以下の説明において、アンテナ部材10−5により、レーダ波を放射する方向であり図10における+Y方向を前方とし、−Y方向を後方とする。さらに前方(+Y方向)からアンテナ部材10を見て、右方向(+X方向)、左方向(−X方向)、上方向(+Z方向)、下方向(−Z方向)とそれぞれ定める。
なお、各方向は、本実施形態のレーダ装置100が、車体に搭載された際の向きを必ずしも表すとは限らない。したがって、例えばレーダ装置100を上下反転させた状態で車に組み付けることもできる。
以下、レーダ装置100の各構成について詳細に説明する。
In the following description, the antenna member 10-5 emits radar waves, and the + Y direction in FIG. 10 is the front and the −Y direction is the rear. Further, when viewing the
Each direction does not necessarily represent the direction when the
Hereinafter, each configuration of the
図9,10に示すように、アンテナ部材10−5は、幅方向(X軸方向)に隣り合って並んで幅方向に列を成す5つの受信用ホーンアンテナ101と、受信用ホーンアンテナ101の列の左右の端にそれぞれ位置する2つの放射用ホーンアンテナ102とを有する。
As shown in FIGS. 9 and 10, the antenna member 10-5 includes five receiving
図9に示すように、5つの受信用ホーンアンテナ101のアパチャ23はそれぞれ同一の形状を有し、それぞれ同一の高さである高さh1である。
As shown in FIG. 9, the
放射用ホーンアンテナ102は、受信用ホーンアンテナ101の並ぶ列の左右にそれぞれに位置する。左右それぞれに位置する放射用ホーンアンテナ102を区別して説明する場合には、受信用ホーンアンテナ101の列の右側(+X側)に位置するホーンアンテナを右端ホーンアンテナ102Rとし、左側(−X側)に位置するホーンアンテナを左端ホーンアンテナ102Lとする。各ホーンアンテナの形状は、前述の通りであるため、省略する。
The radiating horn antennas 102 are located on the left and right sides of the row of receiving
放射用ホーンアンテナは、車両とターゲットとの距離に応じて2種類のホーンアンテナを用意する。本発明では、左端ホーンアンテナ102Lは、レーダ装置100が搭載された車両の比較的近傍の路上に位置する物体に向かってレーダを放射して、物体を検出する。一方、右端ホーンアンテナ102Rは、車両の遠方の路上に位置する物体、及び比較的背高の物体等を検出する。なお、右端ホーンアンテナ102Rおよび左端ホーンアンテナ102Lを取り付ける位置はあくまでも一例であるため、長距離用のホーンアンテナが左端に取り付けられてもよい。
As the radiating horn antenna, two types of horn antennas are prepared according to the distance between the vehicle and the target. In the present invention, the left-
図9に示すように、右端ホーンアンテナ102R及び左端ホーンアンテナ102Lのアパチャ24は、第2種の高さh2である。第2種の高さh2は、受信用ホーンアンテナ101の第1種の高さh1より大きい。
As shown in FIG. 9, the
上記の構成により、レーダ装置100は、放射用アンテナの利得と受信用アンテナの利得の積において、サイドローブにおける感度を低下させられる。また、レーダ装置100は、受信用ホーンアンテナ101の高さおよび放射用ホーンアンテナ102の高さの中心を合わせて配置することで、さらに放射用ホーンアンテナ102のサイドローブを除外しやすくなる。
With the above configuration, the
本開示のレーダ装置は、本開示において記載された構造に限定されるものではなく、本会時の技術思想の範囲内において、種々の変形が可能である。例えば、ホーンアンテナの基部と回路を接続する部材または構造は、導波管に限られない。空間を電波として伝播し得る高周波電力を伝送する手段としては、導波管の他にマイクロストリップ線路や、他の伝送手段が存在する。そのような伝送手段を利用してホーンアンテナの基部と回路が接続された構造であっても、本開示のレーダ装置の技術思想に含まれる。 The radar apparatus according to the present disclosure is not limited to the structure described in the present disclosure, and various modifications can be made within the scope of the technical idea at the time of the conference. For example, the member or structure that connects the base of the horn antenna and the circuit is not limited to the waveguide. As means for transmitting high-frequency power capable of propagating as a radio wave, there are a microstrip line and other transmission means in addition to the waveguide. Even the structure in which the base of the horn antenna and the circuit are connected using such a transmission means is included in the technical concept of the radar device of the present disclosure.
100…レーダ装置
10、10−1、10−2、10−5…アンテナ部材
1、11、12…ホーンアンテナ
2、21、22…アパチャ
3、31、32…基部
4、41、42…天面
5、51、52…底面
6、61、62…左側面
7、71、72…右側面
8、81、82…折れ曲がり部
9…矩形導波管
400a、401a、402a…第1急拡張部
501a、502a…第2急拡張部
400b、401b、402b…第1緩拡張部
501b、502b…第2緩拡張部
600…平面部
10…アンテナ部材
40…レーダ制御基板
50…電源回路基板
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記ターゲットへの直線偏波の電波の放射および前記ターゲットからの前記電波の反射波の受信を行うホーンアンテナおよび前記電波を伝達する導波路を有するアンテナ部材と、
前記電波の発生および受信および受信信号の処理を行う回路部と、
を備え、
前記ホーンアンテナの基部と前記導波路とが接続され、
前記導波路と前記回路部とが接続され、
前記ホーンアンテナは、前記基部からアパチャに向けて延びる筒型形状を有し、
前記ホーンアンテナの軸に対して垂直な面における前記ホーンアンテナの断面は矩形形状を有し、
前記断面の面積は前記基部から前記アパチャに向けて徐々に増大し、
前記ホーンアンテナの内周面は、前記基部から前記アパチャに向けて伸び、前記電波の電界の向きに垂直であり互いに対向する天面及び底面と、前記天面及び前記底面を繋いで互いに対向する右側面及び左側面を有し、
前記天面および前記底面は、前記天面から前記底面までの間隔の拡張の比率が第1の比率である第1急拡張部と、前記急拡張部よりアパチャ側に位置し、前記天面から前記底面までの間隔の拡張の比率が前記第1の比率よりも小さい第2の比率である第1緩拡張部を有し、
前記回路部は、前記所定の距離以上離れたターゲットからの反射信号を取り出す処理を行い、
前記所定の距離は、前記ホーンアンテナの前記開口から前記基部までの長さの10倍以上である、
レーダ装置。 A radar device that detects a target located at a location more than a predetermined distance,
A horn antenna that radiates linearly polarized radio waves to the target and receives reflected waves of the radio waves from the target, and an antenna member having a waveguide that transmits the radio waves;
A circuit unit for generating and receiving the radio wave and processing the received signal;
With
The base of the horn antenna and the waveguide are connected,
The waveguide and the circuit unit are connected,
The horn antenna has a cylindrical shape extending from the base toward the aperture,
The cross section of the horn antenna in a plane perpendicular to the axis of the horn antenna has a rectangular shape,
The area of the cross section gradually increases from the base toward the aperture,
An inner peripheral surface of the horn antenna extends from the base portion toward the aperture, and is perpendicular to the direction of the electric field of the radio wave and faces the top surface and the bottom surface facing each other, and connects the top surface and the bottom surface to face each other. Having a right side and a left side;
The top surface and the bottom surface are positioned closer to the aperture side than the sudden expansion portion, the first rapid expansion portion having a first ratio of the expansion ratio of the distance from the top surface to the bottom surface, and from the top surface A first slowly expanding portion having a second ratio in which a ratio of expansion of the distance to the bottom surface is smaller than the first ratio;
The circuit unit performs a process of extracting a reflected signal from a target that is more than the predetermined distance,
The predetermined distance is 10 times or more the length from the opening of the horn antenna to the base.
Radar device.
前記折れ曲がり部の縦幅は、前記電波の波長の1波長以上2波長以下である、請求項1または2に記載のレーダ装置。 The inner peripheral surface has a bent portion where a ratio of expansion changes discontinuously at a boundary between the first sudden expansion portion and the first gentle expansion portion,
The radar apparatus according to claim 1, wherein a vertical width of the bent portion is not less than one wavelength and not more than two wavelengths of the radio wave.
前記複数のホーンアンテナの内の少なくとも一つは前記電波を放射する放射用ホーンアンテナであり、他の少なくとも一つは前記電波を受信する受信用ホーンアンテナであり、
前記複数の回路には、前記電波を発生する少なくとも一つの送信回路と、前記電波を受信する少なくとも一つの受信回路が含まれ、
前記放射用ホーンアンテナには前記送信回路が接続され、
前記受信用ホーンアンテナには前記受信回路が接続され、
前記放射用ホーンアンテナのアパチャの高さ方向寸法は、前記受信用ホーンアンテナのアパチャの高さ方向寸法よりも大きい、
請求項1から6に記載のレーダ装置。 A plurality of the horn antenna and the circuit;
At least one of the plurality of horn antennas is a radiating horn antenna that radiates the radio wave, and at least one other is a receiving horn antenna that receives the radio wave,
The plurality of circuits include at least one transmission circuit that generates the radio waves and at least one reception circuit that receives the radio waves,
The transmission circuit is connected to the radiation horn antenna,
The receiving circuit is connected to the receiving horn antenna,
The height dimension of the aperture of the radiation horn antenna is larger than the height dimension of the aperture of the reception horn antenna.
The radar apparatus according to claim 1.
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JPS63212206A (en) * | 1987-02-27 | 1988-09-05 | Nec Corp | Multiple mode horn antenna |
JP2013032979A (en) * | 2011-08-02 | 2013-02-14 | Honda Elesys Co Ltd | Antenna device |
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2016
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