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.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
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| JP2015154545 | 2015-08-04 | ||
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|---|---|
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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Citations (2)
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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 |
-
2016
- 2016-06-29 JP JP2016128970A patent/JP2017220921A/en active Pending
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| JPS63212206A (en) * | 1987-02-27 | 1988-09-05 | Nec Corp | Multiple mode horn antenna |
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