JP2021113690A - レーダ装置及びレドーム - Google Patents

Abstract

【課題】不要電波の影響による受信パタンの乱れを抑制する。【解決手段】周期構造体４２と、を備える。アンテナ部３は、対象電波を送受信するアンテナパタン３２を有する。基部２には、アンテナ部３が装着される。レドーム本体４１は、対象電波を透過する材料で形成され、基部２と共にアンテナ部３を収納するアンテナ収納空間を形成する。周期構造体４２は、レドーム本体４１と一体に設けられ、アンテナ収納空間内及びレドーム本体４１内における実効誘電率を、特定方向に沿って周期的に変化させて、特定方向への対象電波の伝搬を阻止する電磁バンドギャップ構造を形成する。特定方向は、アンテナ部のパタン形成面３ａと平行な面内に設定される。【選択図】図１

Description

本開示は、レーダ装置及びレドームに関する。

下記特許文献１には、周辺監視用のレーダ装置において、アンテナの周辺部に、材質又は機械的形状を周期的に変化させた周期構造体を設けることで、受信パタンの乱れの原因となる不要電波を抑制する技術が提案されている。

特開２００７−２３５２８７号公報

しかしながら、発明者の詳細な検討の結果、特許文献１に記載の従来技術では以下の課題が見出された。すなわち、従来技術では、周期構造体をレドームに設けた場合、アンテナ正面には周期構造体を配置できないというレイアウト上の制約がある。このため、アンテナが複数存在する場合に、個々のアンテナから見たアンテナの配列方向の周期構造体の構造、ひいては、不要電波の抑制効果が非対称となり、受信パタンの乱れを十分に抑制できないという課題があった。また、前記レイアウト上の制約によって、周期構造体を十分なサイズで配置できない部位では、不要電波の抑制効果が十分に得られないという課題もあった。

本開示の１つの局面は、不要電波の影響による受信パタンの乱れを抑制する技術を提供することにある。

本開示の一態様は、レーダ装置であって、アンテナ部（３）と、基部（２）と、レドーム本体（４１）と、周期構造体（４２）と、を備える。アンテナ部は、予め設定された周波数帯の電波である対象電波を送受信するアンテナパタン（３２）を有する。基部は、アンテナ部が装着される。レドーム本体は、対象電波を透過する材料で形成され、基部と共にアンテナ部を収納するアンテナ収納空間を形成する。周期構造体は、レドーム本体と一体に設けられ、アンテナ収納空間内及びレドーム本体内における実効誘電率を、特定方向に沿って周期的に変化させて、特定方向への対象電波の伝搬を阻止する電磁バンドギャップ構造を形成する。なお、特定方向は、アンテナ部のパタン形成面（３ａ）と平行な面内に設定される。

本開示の一態様は、レドームであって、レドーム本体（４１）と、周期構造体（４２）と、を備える。レドーム本体は、予め設定された周波数帯の電波である対象電波を透過する材料で形成され、対象電波を送受信するアンテナパタン（３２）を有したアンテナ部（３）が装着される基部（２）と共にアンテナ部を収納するアンテナ収納空間を形成する。周期構造体は、アンテナ収納空間内及びレドーム本体内における実効誘電率を、特定方向に沿って周期的に変化させて、特定方向への対象電波の伝搬を阻止する電磁バンドギャップ構造（以下、ＥＢＧ構造）を形成する。なお、特定方向は、アンテナ部のパタン形成面（３ａ）と平行な面内に設定される。

このような構成によれば、周期構造体が、アンテナ収納空間内及びレドーム本体内での特定方向への電波の伝搬を抑制する。その結果、特定方向へ不要電波が伝搬することによって発生する干渉の影響を抑制でき、更には干渉の影響によってアンテナ部のビームパタンが歪むことを抑制できる。

周期構造体がレドーム本体と一体に設けられているため、アンテナパタンの正面を含むアンテナ部の全面を覆うように均一にＥＢＧ構造を形成できる。その結果、アンテナ収納空間内及びレドーム本体内のどの地点でも、周期構造体による均一な伝搬抑制効果を得ることができる。

周期構造体がレドーム本体と一体に設けられているため、アンテナ収納空間内に搭載される回路基板上のパタンレイアウトや部品配置が、周期構造体によって制約を受けることがなく、設計の自由度を高めることができる。

周期構造体がＥＢＧ構造を形成するため、レーダ波の偏波の種類によらず不要電波の伝搬を抑制できる。

レーダ装置の構成を示す断面図である。 レーダ装置のアンテナ収納空間を上方から見た透視図である。 周期構造の有無による通過損失の周波数特性の違いを示すグラフである。 電界強度分布のシミュレーションに用いたモデル及びシミュレーション結果を示す説明図である。 水平方向のビームパタンを示すグラフである。

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
［１．構成］
図１及び図２に示すレーダ装置１は、車両に搭載され、ミリ波帯の周波数（以下、対象周波数）を有する電波（以下、レーダ波）を送信し、レーダ波を反射した物標からの反射波を受信することで、車両の周囲に存在する物標を認識する。

レーダ装置１は、基部２と、アンテナ部３と、レドーム４とを備える。
アンテナ部３は、回路基板３１と、アンテナパタン３２とを備える。回路基板３１は、第１の面にアンテナパタン３２が形成される。

以下では、図１の上下方向をＸ軸方向、図１の左右方向をＹ軸方向、図１の奥行き方向をＺ軸方向という。つまり、レーダ装置１において、回路基板３１の基板面がＹ−Ｚ平面に沿うように配置され、回路基板３１の法線方向がＸ軸方向となるように配置される。また、レーダ装置１は、Ｙ軸方向が水平方向と一致し、Ｚ軸方向が車高方向と一致するように車両に取り付けられる。

回路基板３１は、誘電体材料で形成されたプリント基板である。
アンテナパタン３２は、Ｙ軸方向に沿って配列され、アレイアンテナを形成する２つの単位アンテナＡ１，Ａ２を備える。単位アンテナＡｉは、Ｚ軸方向に沿って配列された複数のパッチアンテナと、各パッチアンテナに同相給電するための配線パタンとを備える。アンテナパタン３２は、Ｙ軸方向に広い角度範囲でレーダ波が放射されるように設定される。

レドーム４は、レドーム本体４１と、周期構造体４２とを備える。
レドーム本体４１は、アンテナ部３が送受信するレーダ波を透過する誘電体材料で形成され、一つの面が開口された箱体である。レドーム本体４１は、当該レドーム本体４１の開口部が基部２で塞がれるように、基部２に固定され、基部２と共にアンテナ部３を収納するアンテナ収納空間を形成する。以下では、レドーム本体４１において、アンテナ収納空間内に配置されたアンテナ部３のパタン形成面３ａとの対向面を、天面４ａという。天面４ａはパタン形成面３ａと平行に形成される。

周期構造体４２は、アンテナ収納空間内及びレドーム本体４１内におけるＸ−Ｚ断面での実効誘電率をＹ軸方向に沿って周期的に変化させるための構造である。周期構造体４２は、Ｙ軸方向に沿って配線された金属製の線状パタンＬを、天面４ａの全体に渡って一定間隔で設けた構造を有する。これにより、アンテナ収納空間内及びレドーム本体４１内におけるＸ−Ｚ断面での実効誘電率は、線状パタンＬを有する部位の方が、線状パタンＬを有さない部位より大きくなり、Ｙ軸方向に沿って周期的に変化する。

周期構造体４２における線状パタンＬの線幅及び配置間隔は、周期構造体４２が形成された天面４ａを対象周波数帯のレーダ波が通過し、且つ、対象周波数帯において、Ｙ軸方向への電波の伝搬を遮断するＥＢＧ構造が形成されるように設計される。つまり、Ｙ軸方向が特定方向に相当する。なお、ＥＢＧは、Electromagnetic Band Gap、すなわち、電磁バンドギャップの略である。

周期構造体４２のＸ軸方向への電波透過を極力阻害しないために、線状パタンＬの線幅は反射損低減のため可能な限り細くすることが好ましい。また線状パタンＬの配置間隔はλ／２以上とすることが好ましい。

［２．設計］
周期構造体４２のＥＢＧ構造は、対象周波数と線状パタンＬの幅及び配置間隔とだけで決定されるものではなく、以下のパラメータの影響を受ける。すなわち、ＥＢＧ構造は、線状パタンＬの厚さ、レドーム本体４１の厚さ及び誘電率、回路基板３１の厚さ及び誘電率、レドーム本体４１の天面４ａとアンテナ部３のパタン形成面３ａとの間隔等の影響も受ける。従って、これらのパラメータは、シミュレーション等を用いて適宜設定される。

対象周波数でＥＢＧ構造が機能するように設計された周期構造体４２を備えたレドーム４を用いて構成されたレーダ装置１を実施例、周期構造体４２を備えないレドームを用いて構成されたレーダ装置を比較例１とする。

図３に示すように、実施例では、対象周波数付近で通過損失が増大するのに対して、比較例１では、周波数が高くなるほど通過損失が減少する傾向はあるが、対象周波数付近で大きく変化することがない。なお、実施例において通過損失が増大する周波数は、線状パタンＬの配置間隔が狭いほど高くなり、線状パタンＬの配置間隔が広いほど低くなる傾向がある。

図４に示すように、図中のＹ軸方向に沿って左から右に向けて対象周波数の電波を伝搬させたときに、アンテナ収納空間内及びレドーム本体４１内での伝搬が、実施例では抑制されるのに対して、比較例ではほとんど抑制されないことがわかる。

［３．効果］
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（３ａ）レーダ装置１は、周期構造体４２を有するため、アンテナ収納空間内及びレドーム本体４１内でのＹ軸方向への電波の伝搬を抑制できる。その結果、Ｙ軸方向へ不要電波が伝搬することによって発生する干渉の影響を抑制でき、更には干渉の影響によってアンテナ部３のビームパタンが歪むことを抑制できる。

図５は、実施例、比較例１、比較例２について、アンテナ部３による水平方向のビームパタンをシミュレーションによって算出した結果を示す。なお、レドーム４を取り除いたレーダ装置を比較例２とする。

比較例１では方向によって振幅の変動が大きいのに対して、実施例では、レドーム４による干渉の影響を受けない比較例２と同等に歪みのないビームパタンが得られることがわかる。

（３ｂ）レーダ装置１では、周期構造体４２がレドーム本体４１と一体に設けられているため、アンテナパタン３２の正面を含む回路基板３１全面を覆うように均一にＥＢＧ構造を形成できる。その結果、アンテナ収納空間内及びレドーム本体４１内のどの地点でも、周期構造体４２による均一な伝搬抑制効果が得られ、各単位アンテナＡｉの特性を均一なものとすることができる。

（３ｃ）レーダ装置１では、周期構造体４２がレドーム本体４１と一体に設けられているため、回路基板３１上のパタンレイアウトや部品配置が、周期構造体４２によって制約を受けることがなく、設計の自由度を高めることができる。

（３ｄ）レーダ装置１では、周期構造体４２がＥＢＧ構造を形成するため、レーダ波の偏波の種類によらず不要電波の伝搬を抑制できる。
［４．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

（４ａ）上記実施形態では、周期構造体４２を、レドーム本体４１の天面４ａに設けたが、本開示は、これに限定されるものではない。例えば、周期構造体４２は、レドーム本体４１に埋め込まれたり、レドーム本体４１の外面側に設けられたりしてもよい。

（４ｂ）上記実施形態では、周期構造体４２は、単位アンテナＡｉのアンテナ配列方向への不要電波の伝搬を抑制するが、本開示は、これに限定されるものではない。例えば、周期構造体４２は、アンテナ配列方向に代えて又はアンテナ配列方向に加えて、これとは異なる電波の伝搬を止めたい方向（例えば、Ｚ軸方向）への伝搬を抑制するように構成されてもよい。この場合、周期構造体４２は、線状パタンＬを格子状に配置した構造を有してもよい。

（４ｃ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。

（４ｄ）上述したレーダ装置及びレドームの他、当該レーダ装置を構成要素とするシステム、ビーム歪みの抑制方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。

１…レーダ装置、２…基部、３…アンテナ部、３ａ…パタン形成面、４…レドーム、４ａ…天面、３１…回路基板、３２…アンテナパタン、４１…レドーム本体、４２…周期構造体、Ａ１，Ａ２…単位アンテナ、Ｌ…線状パタン。

Claims (6)

1. 予め設定された周波数帯の電波である対象電波を送受信するアンテナパタン（３２）を有するアンテナ部（３）と、
   前記アンテナ部が装着される基部（２）と、
   前記対象電波を透過する材料で形成され、前記基部と共に前記アンテナ部を収納するアンテナ収納空間を形成するレドーム本体（４１）と、
   前記レドーム本体と一体に設けられ、前記アンテナ収納空間内及び前記レドーム本体内における実効誘電率を、前記アンテナ部のパタン形成面（３ａ）と平行な面内で設定される特定方向に沿って周期的に変化させて、前記特定方向への前記対象電波の伝搬を阻止する電磁バンドギャップ構造を形成する周期構造体（４２）と、
   を備えるレーダ装置。
2. 請求項１に記載のレーダ装置であって、
   前記周期構造体は、前記パタン形成面と平行な面内にて、複数の線状パタンを前記特定方向に沿って一定間隔で配列した構造を有する
   レーダ装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載のレーダ装置であって、
   前記レドーム本体は、前記パタン形成面と対向し且つ該パタン形成面と平行に形成された対向面を有し、
   前記周期構造体は、前記対向面の全体に渡って形成された
   レーダ装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のレーダ装置であって、
   前記アンテナパタンは、アレイアンテナを形成し、
   前記特定方向は、前記アレイアンテナを構成する複数の単位アンテナの配列方向と一致するように構成された
   レーダ装置。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のレーダ装置であって、
   前記特定方向は、当該レーダ装置を車両に搭載した場合に、水平方向と一致するように構成された
   レーダ装置。
6. 予め設定された周波数帯の電波である対象電波を透過する材料で形成され、前記対象電波を送受信するアンテナパタン（３２）を有したアンテナ部（３）が装着される基部（２）と共に前記アンテナ部を収納するアンテナ収納空間を形成するレドーム本体（４１）と、
   前記アンテナ収納空間内及び前記レドーム本体内における実効誘電率を、前記アンテナ部のパタン形成面（３ａ）と平行な面内で設定される特定方向に沿って周期的に変化させて、前記特定方向への前記対象電波の伝搬を阻止する電磁バンドギャップ構造を形成する周期構造体（４２）と、
   を備えるレドーム。

Images