JP3882373B2

JP3882373B2 - In-vehicle radar system antenna

Info

Publication number: JP3882373B2
Application number: JP02880599A
Authority: JP
Inventors: 実岡田; 松ヶ谷　　和沖
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-02-05
Filing date: 1999-02-05
Publication date: 2007-02-14
Anticipated expiration: 2019-02-05
Also published as: JP2000228608A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーダ波の送受信により車両周囲の状況を認識するためのデータを収集する車載レーダ装置にて用いられる車載レーダ装置用アンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、先行車両との車間距離を一定に保持して自動走行する車間距離制御や、必要以上に先行車両に接近すると衝突防止のために警報を発生させる衝突警報制御等、各種車両制御に利用するため、車両周囲の状況（先行車両との車間距離や相対速度等）を認識するためのデータを収集する車載レーダ装置が知られている。
【０００３】
この車載レーダ装置には、レーザ光を利用するレーザ式レーダ装置や、ミリ波やマイクロ波等の電波を利用する電波式レーダ装置等があり、このうち、電波式レーダ装置が、雨，雪，霧などの悪環境への耐性に優れ、しかも、レーダ波として短波長のミリ波を用いれば、アンテナの小型化、ひいては装置全体の小型化も可能であることから注目されている。
【０００４】
ところで、車載レーダ装置（特にアンテナ）は、車両の前方を監視でき且つ車両のデザインを損なわない位置に取り付けることが要求され、具体的な取付位置として、車両前面のバンパー内が考えられている。
しかし、バンパーは車両の低い位置にあり、バンパー内に取り付けられた車載レーダ装置は、路面に接近した場所に配置されることになるため、路面からの反射波の影響を大きく受けるようになり、この反射波を障害物等に基づくものであるとして誤検出してしまう可能性が高くなる。
【０００５】
これに対して特開平６−１６８４００号公報には、レーダ波の送受信を反射鏡アンテナを用いて行う車載レーダ装置において、反射鏡アンテナの反射面の形状を非対称化することによって、図７に示すように、下方への利得が上方への利得に比べて小さい非対称なビームパターンＢを形成し、下方（即ち路面Ｒ）からの不要な反射波の影響を低減させたものが開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、非対称な形状を有する反射面の加工は手間を要し、その結果、装置が高価なものとなってしまうという問題があった。また、電波式レーダ装置は、反射鏡アンテナを用いたものに限らず、レンズアンテナやホーンアンテナを用いたもの等様々なものがあるが、上記対策は、反射鏡アンテナを用いた場合以外には適用できないという問題もあった。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決するために、簡易な構成にて、路面からの反射波の影響を低減可能な車載レーダ装置用アンテナを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた発明である請求項１に記載の車載レーダ装置用アンテナでは、誘電体基板上に形成された方形の平面回路型共振素子であるパッチアンテナをレーダ波の放射源としており、このパッチアンテナの周囲には誘電体露出部が形成されている。また、パッチアンテナへの給電を行う給電線路は、誘電体基板のパッチアンテナ形成面とは反対側の面に形成され、先端部分がパッチアンテナと対向するように配線されたコプレナー線路、及び該コプレナー線路の先端部分に設けられたスロット線路からなり、このスロット線路からの放射によりパッチアンテナへの給電を行う。
そして、給電線路から誘電体露出部を介してパッチアンテナ形成面側に漏れ出す漏洩電磁波と、パッチアンテナが放射する放射電磁波との干渉により、パッチアンテナから放射されるレーダ波が放射軸に対して低い側と高い側を持つ非対称なビームパターンを有し、且つ該ビームパターンの低い側が路面に向けて放射されるように、給電線路の配置及び誘電体露出部の幅が設定されている。
【０００９】
即ち、従来好ましくないとされてきた給電線路からの漏洩電磁波を積極的に利用して、パッチアンテナからの放射電磁波と干渉させている。そして、この場合、当該アンテナのメインビームは、パッチアンテナの開口面の法線方向から給電線路側にずれ、給電線路の配線側ではアンテナ利得が高くなり、その反対側ではアンテナ利得が低くなって、非対称なビームパターンが形成されるのである。
【００１０】
従って、本発明の車載レーダ装置用アンテナによれば、給電線路の配置を適宜設定するという簡易な構成により、複雑な形状の反射鏡等を用いることなく、非対称なビームパターンを形成することができ、ひいては路面からの反射波の影響を低減できる。その結果、当該アンテナを用いて構成された車載レーダ装置での誤検出，誤動作を確実に低減させることができる。
【００１２】
また、本発明の車載レーダ装置用アンテナによれば、誘電体基板のパッチアンテナ形成面（表面という）に対する裏面から、パッチアンテナへの給電が可能となると共に、受信回路等もこの誘電体基板の裏面に簡単に形成することができ、車載レーダ装置の小型化を図ることができる。
【００１３】
また、誘電体基板の裏面は表面に比べてパッチアンテナから放射される電磁波の影響が小さいため、誘電体基板の裏面に受信回路等を設けた場合、これを表面に設けた場合と比較して、検出感度を向上させることができる。
なお、給電線路は、請求項２記載のように、誘電体基板のパッチアンテナ形成面に形成され、パッチアンテナに直接接続されたストリップ線路であってもよい。
【００１４】
この場合、パッチアンテナと給電線路とを誘電体基板の同一面に形成できるため、安価に構成することができる。また、給電線路がパッチアンテナと同一面にあることにより、給電線路からの漏洩電磁波による干渉が強くなり、非対称なビームパターンを容易に形成することができる。
【００１５】
次に、車載レーダ装置用アンテナは、請求項３記載のように、前記パッチアンテナを放射源とするホーンアンテナとして構成してもよいし、請求項４記載のように、レーダ波を屈折により収束させるレンズと、前記パッチアンテナを用いた一次放射器とからなるレンズアンテナとして構成してもよいし、また、請求項６記載のように、レーダ波を反射により収束させる反射鏡と、前記パッチアンテナを用いた一次放射器とからなる反射鏡アンテナとして構成してもよい。
【００１６】
但し、本発明のアンテナをレンズアンテナや反射鏡アンテナとして構成した場合、当該アンテナのビームパターンは、レンズや反射鏡を介することでパッチアンテナのビームパターンとはほぼ上下反対のパターンとなるため、路面方向のアンテナ利得を低くするには、路面に対して立設されたパッチアンテナの路面側に給電線路を配線する必要があり、一方、本発明のアンテナをホーンアンテナとして構成した場合は、当該アンテナのビームパターンは、パッチアンテナのビームパターンを反転させることがないため、路面方向のアンテナ利得を低くするには、路面に対して立設されたパッチアンテナの路面側とは反対側に給電線路を配線する必要がある。
【００１７】
これらいずれの場合も、パッチアンテナ単体の場合より、形成されるビームが絞られたものとなるため、アンテナの放射効率、ひいては車載レーダ装置の検出性能を向上させることができる。なお、当該アンテナをレンズアンテナとして構成した場合、請求項５記載のように、レンズアンテナを構成するレンズは、当該アンテナが搭載される車両のバンパーと同じ誘電体素材により形成された誘電体レンズであることが望ましい。
【００１８】
この場合、レンズ部分をバンパーと一体化して製造することができ、製造コストとアンテナ取付作業の手間を削減することができる。また、当該アンテナをレンズアンテナ或いは反射鏡アンテナとして構成した場合、請求項７記載のように、一次放射器を、パッチアンテナを放射源とするホーンアンテナにより構成してもよく、この場合、アンテナの放射効率をより向上させることができる。
【００１９】
更に、当該アンテナをホーンアンテナとして構成した場合、及び当該アンテナをレンズアンテナ或いは反射鏡アンテナとして構成し一次放射器としてホーンアンテナを用いた場合には、ホーンアンテナは、パッチアンテナの配置端側の開口内に、レーダ波の使用周波数に対する線路内波長の１／２以上の長さの前記給電線路が位置するよう形成する必要がある。
【００２０】
即ち、このようにすれば、給電線路からの漏洩電磁波が確実にホーンアンテナに入射され、パッチアンテナからの放射電磁波と共に非対称なビームパターンを確実に形成できるのである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施例を図面と共に説明する。
図１は、本実施例の車載レーダ装置用アンテナの全体構成図である。
図１に示すように、本実施例の車載レーダ装置用アンテナ２は、レーダ波を屈折させ収束させる誘電体レンズ４と、誘電体レンズ４の焦点位置（誘電体レンズからの距離Ｆ）に配置され誘電体レンズ４を介してレーダ波を送受信する一次放射器６と、誘電体レンズ４と一次放射器６を囲うように形成された筐体８とにより構成されている。なお、誘電体レンズ４は、車両のバンパーを構成する材料と同じ誘電体材料である高密度ポリエチレンにより構成され、また、筐体８は電波吸収体により構成されている。
【００２２】
ここで、図２（ａ）は一次放射器の斜視図，（ｂ）はその平面図、（ｃ）はその、ａ−ａ断面図である。
図２に示すように、一次放射器６は、レーダ波の放射源が形成された誘電体基板１０と、誘電体基板１０が固定され、誘電体基板１０の放射源から放射されるレーダ波のビームを絞るための導波路１３が形成された金属製のホーン１２と、ホーン１２と共に誘電体基板１０を覆うようにホーン１２に固定された金属製のキャリア１４とからなり、いわゆるホーンアンテナとして構成されている。
【００２３】
そして、誘電体基板１０の一方の面（以下、表面という）には、図３（ａ）に示すように、長方形の平面回路型共振素子であるパッチアンテナ１６が形成されており、パッチアンテナ１６周囲の誘電体露出部１８を除く全面に接地電極２０が形成されている。
【００２４】
一方、誘電体基板１０の他方の面（以下、裏面という）には、図３（ｂ）に示すように、誘電体基板１０の一端から誘電体基板１０を挟んでパッチアンテナ１６と対向する位置に至る給電線路２２が配線され、その給電線路２２の両側には給電線路２２とは隙間を空けて一面に接地電極２４が形成されており、給電線路２２はいわゆるコプレナー給電線路として構成されている。また、パッチアンテナ１６と対向する給電線路２２の先端部２２ａは、誘電体が露出した部分を電極で囲んでなるスロット線路として構成されている。
【００２５】
なお、誘電体基板１０は石英（本実施例では厚さ０．２５４ｍｍ）からなり、パッチアンテナ１６，給電線路２２，接地電極２０，２４は、誘電体基板１０上に金属膜を積層（本実施例では厚さ３μｍ）することにより構成されている。
そして、パッチアンテナ１６は、給電時に生じる共振電磁界の磁界方向（図３中横方向）の幅Ｌ１が、線路内波長をλ（本実施例では、λ＝２．５４ｍｍ）としてλ／２よりもわずかに（２０％程度）短く形成され（本実施例では、Ｌ１＝１ｍｍ）、また、電界方向（図３中縦方向）の幅Ｌ２が、給電線路２２との相互干渉を発生させるため、磁界方向の幅Ｌ１より更に短く形成されている（本実施例では、Ｌ２＝０．７２ｍｍ）。
【００２６】
なお、パッチアンテナ１６の共振電磁界の磁界方向及び電界方向の幅Ｌ１，Ｌ２は、理論上では、線路内波長λの１／２に設定した場合に、パッチアンテナ１６の放射効率が最も良くなるのであるが、実際には、パッチアンテナ１６の端部より電磁界が広がってしまうため、この広がりを考慮して線路内波長の１／２以下に設定した方がパッチアンテナ１６の放射効率が向上するのである。
【００２７】
更に、パッチアンテナ１６の周囲に形成された誘電体露出部１８の幅Ｌ３、つまり、誘電体基板１０を介して表面側に電磁波が放出され、パッチアンテナ１６のビームパターンに影響を及ぼす給電線路２２の長さは、Ｌ３＝λ／２に設定されている。
【００２８】
これは、パッチアンテナ１６がバンパーに取り付けられた場合、仰角−１５°付近からそれより大きな角度にて、アンテナ利得が低下するようなビームパターンを形成する必要があるためである。即ち、ビームパターンは、電磁波が漏洩する給電線路の長さにより変化し、このようなアンテナ利得を有するビームパターンを得るには、干渉に影響を与える給電線路の線路長、即ち誘電体露出部１８の幅Ｌ３を線路内波長の１／２程度に設定する必要があることが実験的に求められたのである。
【００２９】
次に、ホーン１２に形成された導波路１３は、図２に示すように、一方の開口部（以下、放射源側開口部という）１３ａが、誘電体露出部１８の外形と同一の長方形に形成され、他方の開口部（以下、放射界側開口部という）１３ｂが、放射源側開口部１３ａより大きな長方形に形成された角錐型をしている。そして、そしてホーン１２には、誘電体露出部１８と放射源側開口部１３ａとの位置を一致させるようにして誘電体基板１０が取り付けられている。即ち、放射源側開口部１３ａを介して、パッチアンテナ１６からの放射電磁波と、誘電体露出部１８を介して漏れ出る給電線路２２からの漏洩電磁波とが導波路１３内に導かれるようにされている。
【００３０】
そして、放射界側開口部１３ｂは、パッチアンテナ１６の共振電磁界の磁界方向（図２（ｂ）における横方向）の長さＬ４が電界方向（図２（ｂ）における縦方向）の長さＬ５よりも長い長方形に形成されており、一次放射器６のメインビーム形状が磁界方向に狭く、電界方向に広くなるようにされている。
【００３１】
なお、導波路１３各部の寸法は、電磁界シミュレータを用いることにより、目標周波数（本実施例では７６．５ＧＨｚ）のレーダ波を送受信する際に、良好なアンテナの放射効率が得られ、サイドローブが小さくなるように設定（本実施例では、Ｌ４＝８ｍｍ，Ｌ５＝５ｍｍ，Ｌ６＝４ｍｍ）されている。
【００３２】
このように構成された一次放射器６では、給電線路２２への電力供給を行うと、給電線路２２のスロット線路に変換された先端部２２ａから電磁波が放射され、この電磁波によりパッチアンテナ１６は給電され、電磁波の放射を開始する。この時、給電線路２２自体からも電磁波が漏洩し、この電磁波が誘電体露出部１８を介して誘電体基板１０の表面側に漏れだし、パッチアンテナ１６が放射する電磁波と干渉することによって、一次放射器６から放射されるレーダ波のビームパターンは、電界方向の形状（Ｅ面ビームパターン）が非対称なものとなる。
このように、給電線路２２の配置、及び干渉に影響を与える給電線路２２の線路長（即ち、誘電体露出部１８の幅Ｌ３）を適宜設定することにより、路面からの反射波の影響を低減する非対称なビームパターンを形成することができる。但し、給電線路２２の線路長は、実験的に求められるものである。
【００３３】
ここで、図４は、一次放射器６の電界方向に沿った角度ψ方向に対するアンテナ利得Ｇ１の特性を測定した結果を表すグラフであり、角度ψのマイナス側が給電線路２２の配線側に対応する。即ち、給電線路２２の配線側とは反対側のアンテナ利得Ｇ１が低下していることがわかる。
【００３４】
なお、ビームパターンの測定は電波暗室内にて行い、送信信号としてミリ波レーダとしては代表的な周波数である７６．５ＧＨｚのものを用いて行った。
そして、このようなビームパターンを有する一次放射器６は、車両への搭載時に、磁界方向が水平方向，電界方向が垂直方向となり、しかも給電線路２２が路面側（下側）に配線されるような向き、即ち、図５に示すように路面側のアンテナ利得Ｇ１が大きくなるように配置される。但し、一次放射器６から放射されたレーダ波（電磁波）は、誘電体レンズ４を通過することにより、ビーム幅が絞られると共に、上下が反転したビームパターンとなる。即ち、本実施例のアンテナ２のビームパターンとしては、給電線路２２が配線されている路面側のアンテナ利得Ｇが小さくなる。
【００３５】
図６は、本実施例の車載レーダ装置用アンテナ２の垂直方向の角度θに対するアンテナ利得の特性を測定した結果を表したグラフであり、図示されているように、図４に示した一次放射器６の特性と比較して、メインビームが非常に鋭く、また、一次放射器６の特性とは反対に、角度θのマイナス側（路面側）のアンテナ利得が低い非対称な形状になっている。なお、ビームパターンの測定は、一次放射器６の場合と同様に行った。
【００３６】
以上説明したように、本実施例の車載レーダ装置用アンテナ２では、給電線路２２からの漏洩電磁波を、パッチアンテナ１６からの放射電磁波と干渉させることにより、非対称な形状を有するビームパターンを形成し、しかも、アンテナ利得の小さい方を路面に向けて配置している。
【００３７】
従って、本実施例の車載レーダ装置用アンテナ２によれば、当該アンテナ２が、車両前方のバンパー内等、低い位置に配置されたとしても、路面からの反射波の影響を小さく抑えることができ、誤検出の防止、及び検出感度の向上を図ることができる。
【００３８】
しかも、非対称なビームパターンの形成を、給電線路２２からの漏洩電磁波を利用して行っているので、対称なビームパターンを有するアンテナと比較して構成が複雑化することがなく簡単且つ安価に構成することができる。また、本実施例の車載レーダ装置用アンテナ２では、パッチアンテナ１６の背面、即ち誘電体基板１０のパッチアンテナ形成面とは反対側の面から給電を行うようにされており、この裏面に送受信器等を形成することが可能なため、車載レーダ装置の小型化に寄与することができ、また、誘電体基板１０の裏面ではパッチアンテナ１６からの放射電磁波の影響が小さいため、裏面に形成された送受信器の検出感度の向上を図ることができる。
【００３９】
なお、上記実施例では、誘電体レンズアンテナとして構成した例を示したが、レーダ波を収束させる手段として誘電体レンズ４の代わりに反射鏡を設けた反射鏡レンズアンテナとして構成してもよいし、誘電体レンズ４を設けることなく、ホーンアンテナとして構成してもよい。
【００４０】
但し、ホーンアンテナとして構成した場合には、路面側のアンテナ利得Ｇを小さくするには、誘電体基板１０を、給電線路２２が線路とは反対側に位置するよう配置する必要がある。
また、上記実施例では、一次放射器６としてホーンアンテナを用いているが、ホーン１２を省略したパッチアンテナをそのものを一次放射器６として用いてもよい。これは、反射鏡レンズアンテナとして構成した場合も同様である。
【００４１】
更に、上記実施例では、給電線路２２として、コプレナー給電線路を用いたが、パッチアンテナ１６へ直接接続されたストリップ給電線路を用いてもよい。この場合、給電線路からの漏洩電磁波の影響が大きくなるため、より様々な非対称形状のビームパターンを得ることができる。
【００４２】
但し、ストリップ給電線路を用いる場合、当該アンテナをホーンアンテナとして構成した場合、及び当該アンテナをレンズアンテナ或いは反射鏡アンテナとして構成し一次放射器としてホーンアンテナを用いた場合には、ホーンアンテナは、パッチアンテナの配置端側の開口内に、レーダ波の使用周波数に対する線路内波長の１／２以上の長さの前記給電線路が位置するよう形成することが望ましい。
【００４３】
即ち、このようにすれば、給電線路からの漏洩電磁波が確実にホーンアンテナに入射され、上述したように、パッチアンテナ１６がバンパーに取り付けられた場合、仰角−１５°付近からそれより大きな角度にて、アンテナ利得が低下する非対象なビームパターンを確実に形成することができるためである。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の車載レーダ装置用アンテナの全体構成図である。
【図２】一次放射器の構成を表す斜視図，平面図，断面図である。
【図３】誘電体基板の表面及び裏面に形成されたパッチアンテナ及び給電線路の構成を表す説明図である。
【図４】一次放射器の放射特性を表すグラフである。
【図５】一次放射器の配置及びビームパターンの形状を表す説明図である。
【図６】実施例のアンテナ全体としての放射特性を表すグラフである。
【図７】非対称な形状のビームパターンを表す説明図である。
【符号の説明】
２…車載レーダ装置用アンテナ４…誘電体レンズ６…一次放射器
８…筐体１０…誘電体基板１２…ホーン１３…導波路
１３ａ…放射源側開口部１３ｂ…放射界側開口部１４…キャリア
１６…パッチアンテナ１８…誘電体露出部２０，２４…接地電極
２２…給電線路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an antenna for an on-vehicle radar device used in an on-vehicle radar device that collects data for recognizing a situation around a vehicle by transmitting and receiving radar waves.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, it is used for various vehicle control, such as inter-vehicle distance control that keeps the inter-vehicle distance with the preceding vehicle automatically, and collision warning control that generates an alarm to prevent collision when approaching the preceding vehicle more than necessary. Therefore, an in-vehicle radar device that collects data for recognizing a situation around the vehicle (such as an inter-vehicle distance and a relative speed with respect to a preceding vehicle) is known.
[0003]
This in-vehicle radar device includes a laser type radar device that uses laser light and a radio wave type radar device that uses radio waves such as millimeter waves and microwaves. It is attracting attention because it is excellent in resistance to bad environments such as fog, and when a millimeter wave with a short wavelength is used as a radar wave, it is possible to reduce the size of the antenna and thus the entire device.
[0004]
By the way, the in-vehicle radar device (particularly the antenna) is required to be mounted at a position where the front of the vehicle can be monitored and the design of the vehicle is not impaired, and the inside of the bumper on the front surface of the vehicle is considered as a specific mounting position.
However, the bumper is at a low position in the vehicle, and the on-vehicle radar device installed in the bumper is placed at a location close to the road surface, so it is greatly affected by the reflected wave from the road surface, There is a high possibility that this reflected wave is erroneously detected as being based on an obstacle or the like.
[0005]
On the other hand, Japanese Patent Laid-Open No. 6-168400 discloses an in-vehicle radar device that performs transmission and reception of radar waves using a reflector antenna, as shown in FIG. As described above, there is disclosed a technique in which an asymmetric beam pattern B having a downward gain smaller than an upward gain is formed, and the influence of unnecessary reflected waves from the lower side (that is, the road surface R) is reduced.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the processing of the reflecting surface having an asymmetric shape is troublesome, and as a result, there is a problem that the apparatus becomes expensive. In addition, radio wave radar devices are not limited to those using a reflector antenna, but there are various types such as those using a lens antenna or a horn antenna. There was also a problem that it was not applicable.
[0007]
In order to solve the above-described problems, an object of the present invention is to provide an on-vehicle radar device antenna that can reduce the influence of reflected waves from a road surface with a simple configuration.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The antenna for an on-vehicle radar device according to claim 1, which is an invention made to achieve the above object, wherein a patch antenna, which is a square planar circuit type resonant element formed on a dielectric substrate, is used as a radar wave radiation source. A dielectric exposed portion is formed around the patch antenna. In addition, the power supply line for supplying power to the patch antenna is formed on the surface of the dielectric substrate opposite to the surface on which the patch antenna is formed, and the coplanar line wired so that the tip portion faces the patch antenna, and the coplanar It consists of a slot line provided at the tip of the line, and feeds power to the patch antenna by radiation from this slot line.
The radar wave radiated from the patch antenna with respect to the radiation axis is caused by the interference between the leakage electromagnetic wave leaking from the feed line to the patch antenna forming surface side through the dielectric exposed portion and the radiated electromagnetic wave radiated from the patch antenna. The arrangement of the feed line and the width of the dielectric exposed portion are set so that the beam pattern has an asymmetric beam pattern having a low side and a high side, and the low side of the beam pattern is emitted toward the road surface .
[0009]
That is, the leakage electromagnetic wave from the feed line, which has been considered unfavorable in the past, is actively used to interfere with the radiated electromagnetic wave from the patch antenna. In this case, the main beam of the antenna is shifted from the normal direction of the opening surface of the patch antenna to the feed line side, the antenna gain is high on the wiring side of the feed line, and the antenna gain is low on the opposite side. An asymmetric beam pattern is formed.
[0010]
Therefore, according to the antenna for an on-vehicle radar device of the present invention, an asymmetric beam pattern can be formed by using a simple configuration in which the arrangement of the feed line is appropriately set without using a reflector having a complicated shape. As a result, the influence of reflected waves from the road surface can be reduced. As a result, it is possible to reliably reduce erroneous detection and malfunction in the on-vehicle radar device configured using the antenna.
[0012]
In addition, according to the antenna for an on-vehicle radar device of the present invention, power can be supplied to the patch antenna from the back surface of the dielectric substrate with respect to the patch antenna formation surface (referred to as the front surface). It can be easily formed on the back surface, and the in-vehicle radar device can be downsized.
[0013]
Also, since the back surface of the dielectric substrate is less affected by electromagnetic waves radiated from the patch antenna than the front surface, when a receiving circuit or the like is provided on the back surface of the dielectric substrate, compared to the case where it is provided on the front surface , Detection sensitivity can be improved.
Incidentally, the feed line, as in claim 2, is formed in the patch antenna formation surface of the dielectric substrate may be directly connected strips line to the patch antenna.
[0014]
In this case, since the patch antenna and the feed line can be formed on the same surface of the dielectric substrate, it can be configured at low cost. Further, since the feed line is on the same plane as the patch antenna, interference due to leaked electromagnetic waves from the feed line becomes strong, and an asymmetric beam pattern can be easily formed.
[0015]
Then convergence, vehicle radar antenna, as claimed in claim 3, wherein, to the patch antenna may be configured as a horn antenna for the radiation source, as claimed in claim 4, wherein the refractive radar waves a lens for the patch antenna may be configured as a lens antenna comprising a primary radiator with, and as according to claim 6, a reflecting mirror for converging the reflected radar waves, the patch antenna You may comprise as a reflector antenna which consists of a primary radiator using.
[0016]
However, when the antenna of the present invention is configured as a lens antenna or a reflector antenna, the beam pattern of the antenna is a pattern that is almost opposite to the beam pattern of the patch antenna through the lens or reflector. In order to reduce the antenna gain in the direction, it is necessary to wire the feed line on the road surface side of the patch antenna erected with respect to the road surface. On the other hand, when the antenna of the present invention is configured as a horn antenna, the antenna This beam pattern does not invert the patch antenna beam pattern, so in order to reduce the antenna gain in the road surface direction, a feed line is provided on the side opposite to the road surface side of the patch antenna erected with respect to the road surface. It is necessary to wire.
[0017]
In any of these cases, the formed beam is narrowed compared to the case of a single patch antenna, and therefore the radiation efficiency of the antenna and, consequently, the detection performance of the in-vehicle radar device can be improved. Incidentally, the antenna when configured as a lens antenna, as claimed in claim 5, wherein the lens of the lens antenna in the antenna is formed by the same dielectric material as the bumper of a vehicle mounted dielectric lens It is desirable to be.
[0018]
In this case, the lens portion can be manufactured integrally with the bumper, and the manufacturing cost and the labor for mounting the antenna can be reduced. Also, when constituting the antenna as a lens antenna or a reflector antenna, as claimed in claim 7, wherein the primary radiator, a patch antenna may be constituted by a horn antenna for the radiation source, in this case, the antenna Radiation efficiency can be further improved.
[0019]
Further, when constituting the antenna as a horn antenna, and in the case of using horn antennas as primary radiator constitute the antenna as a lens antenna or a reflector antenna, Ho N'antena the arrangement end side of the patch antenna aperture It is necessary to form the feed line having a length of ½ or more of the in-line wavelength with respect to the use frequency of the radar wave.
[0020]
That is, in this way, the leaked electromagnetic wave from the feed line is reliably incident on the horn antenna, and an asymmetric beam pattern can be reliably formed together with the radiated electromagnetic wave from the patch antenna.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an antenna for an in-vehicle radar device according to the present embodiment.
As shown in FIG. 1, the on-vehicle radar device antenna 2 of the present embodiment is disposed at a dielectric lens 4 that refracts and converges a radar wave, and a focal position of the dielectric lens 4 (distance F from the dielectric lens). The primary radiator 6 transmits and receives radar waves via the dielectric lens 4, and the housing 8 is formed so as to surround the dielectric lens 4 and the primary radiator 6. The dielectric lens 4 is made of high-density polyethylene, which is the same dielectric material as that of the vehicle bumper, and the housing 8 is made of a radio wave absorber.
[0022]
2A is a perspective view of the primary radiator, FIG. 2B is a plan view thereof, and FIG. 2C is a sectional view taken along the line aa.
As shown in FIG. 2, the primary radiator 6 includes a dielectric substrate 10 on which a radar wave radiation source is formed, and a radar wave emitted from the radiation source of the dielectric substrate 10 to which the dielectric substrate 10 is fixed. A metal horn 12 having a waveguide 13 for focusing the beam and a metal carrier 14 fixed to the horn 12 so as to cover the dielectric substrate 10 together with the horn 12 are configured as a so-called horn antenna. Has been.
[0023]
A patch antenna 16 that is a rectangular planar circuit type resonant element is formed on one surface (hereinafter referred to as a surface) of the dielectric substrate 10 as shown in FIG. A ground electrode 20 is formed on the entire surface excluding the surrounding dielectric exposed portion 18.
[0024]
On the other hand, as shown in FIG. 3B, the other surface of the dielectric substrate 10 (hereinafter referred to as the back surface) is positioned opposite to the patch antenna 16 with the dielectric substrate 10 sandwiched from one end of the dielectric substrate 10. A power supply line 22 is connected to both sides of the power supply line 22. A ground electrode 24 is formed on one side of the power supply line 22 with a gap between the power supply line 22. The power supply line 22 is configured as a so-called coplanar power supply line. . Further, the front end portion 22a of the feed line 22 facing the patch antenna 16 is configured as a slot line in which a portion where the dielectric is exposed is surrounded by an electrode.
[0025]
The dielectric substrate 10 is made of quartz (thickness 0.254 mm in this embodiment), and the patch antenna 16, the feed line 22, and the ground electrodes 20 and 24 are formed by laminating a metal film on the dielectric substrate 10 (this embodiment). In the example, the thickness is 3 μm).
The patch antenna 16 has a width L1 in the magnetic field direction (lateral direction in FIG. 3) of the resonance electromagnetic field generated at the time of power feeding, and the wavelength in the line is λ (λ = 2.54 mm in this embodiment). Is slightly shorter (about 20%) (in this embodiment, L1 = 1 mm), and the width L2 in the electric field direction (longitudinal direction in FIG. 3) causes mutual interference with the feed line 22, It is formed shorter than the width L1 in the magnetic field direction (in this embodiment, L2 = 0.72 mm).
[0026]
Theoretically, the radiation efficiency of the patch antenna 16 is best when the magnetic field direction and the electric field direction widths L1 and L2 of the patch antenna 16 are set to ½ of the in-line wavelength λ. However, in practice, the electromagnetic field spreads from the end of the patch antenna 16, so that the radiation efficiency of the patch antenna 16 is improved by setting the wavelength to ½ or less of the in-line wavelength in consideration of this spread. To do.
[0027]
Further, an electromagnetic wave is emitted to the surface side through the width L 3 of the dielectric exposed portion 18 formed around the patch antenna 16, that is, the dielectric substrate 10, and influences the beam pattern of the patch antenna 16. Is set to L3 = λ / 2.
[0028]
This is because, when the patch antenna 16 is attached to the bumper, it is necessary to form a beam pattern in which the antenna gain is reduced from an elevation angle near -15 ° to a larger angle. That is, the beam pattern changes depending on the length of the feed line through which electromagnetic waves leak, and in order to obtain a beam pattern having such an antenna gain, the line length of the feed line that affects interference, that is, the dielectric exposed portion 18. It was experimentally determined that it was necessary to set the width L3 of the signal to about ½ of the in-line wavelength.
[0029]
Next, as shown in FIG. 2, the waveguide 13 formed in the horn 12 has one opening 13a (hereinafter referred to as a radiation source side opening) 13a having the same rectangular shape as the outer shape of the dielectric exposed portion 18. The other opening (hereinafter referred to as a radiation field side opening) 13b is in the shape of a pyramid formed in a larger rectangle than the radiation source side opening 13a. And the dielectric substrate 10 is attached to the horn 12 so that the position of the dielectric exposure part 18 and the radiation source side opening part 13a may correspond. That is, the radiated electromagnetic wave from the patch antenna 16 and the leaked electromagnetic wave from the feed line 22 that leaks through the dielectric exposed portion 18 are guided into the waveguide 13 through the radiation source side opening 13a. ing.
[0030]
In the radiation field side opening 13b, the length L4 in the magnetic field direction (lateral direction in FIG. 2B) of the resonant electromagnetic field of the patch antenna 16 is the length in the electric field direction (vertical direction in FIG. 2B). The main beam shape of the primary radiator 6 is narrow in the magnetic field direction and wide in the electric field direction.
[0031]
The dimensions of each part of the waveguide 13 are such that an electromagnetic radiation simulator can be used to obtain a good antenna radiation efficiency when transmitting and receiving radar waves of a target frequency (76.5 GHz in this embodiment). Is set to be small (in this embodiment, L4 = 8 mm, L5 = 5 mm, L6 = 4 mm).
[0032]
In the primary radiator 6 configured as described above, when power is supplied to the feed line 22, electromagnetic waves are radiated from the tip 22 a converted into the slot line of the feed line 22, and the patch antenna 16 is fed by this electromagnetic wave. And start emitting electromagnetic waves. At this time, the electromagnetic wave leaks also from the feeder line 22 itself, this electromagnetic wave leaks to the surface side of the dielectric substrate 10 through the dielectric exposed portion 18, and interferes with the electromagnetic wave radiated by the patch antenna 16, thereby causing the primary. The beam pattern of the radar wave radiated from the radiator 6 has an asymmetric shape in the electric field direction (E-plane beam pattern).
In this way, the influence of the reflected wave from the road surface is reduced by appropriately setting the arrangement of the feed line 22 and the line length of the feed line 22 that affects interference (that is, the width L3 of the dielectric exposed portion 18). An asymmetric beam pattern can be formed. However, the line length of the feeder line 22 is obtained experimentally.
[0033]
Here, FIG. 4 is a graph showing the result of measuring the characteristics of the antenna gain G1 with respect to the angle ψ direction along the electric field direction of the primary radiator 6, and the minus side of the angle ψ corresponds to the wiring side of the feed line 22. . That is, it can be seen that the antenna gain G1 on the side opposite to the wiring side of the feeder line 22 is reduced.
[0034]
The beam pattern was measured in an anechoic chamber, and a transmission signal having a frequency of 76.5 GHz, which is a typical frequency as a millimeter wave radar, was used.
When the primary radiator 6 having such a beam pattern is mounted on a vehicle, the magnetic field direction is horizontal and the electric field direction is vertical, and the feed line 22 is wired on the road surface side (lower side). In other words, the antenna gain G1 on the road surface side is increased as shown in FIG. However, the radar wave (electromagnetic wave) radiated from the primary radiator 6 passes through the dielectric lens 4 so that the beam width is narrowed and the beam pattern is inverted upside down. That is, as the beam pattern of the antenna 2 of this embodiment, the antenna gain G on the road surface side where the feeder line 22 is wired becomes small.
[0035]
FIG. 6 is a graph showing the result of measuring the antenna gain characteristic with respect to the angle θ in the vertical direction of the on-vehicle radar device antenna 2 of the present embodiment. As shown, the primary radiation shown in FIG. Compared with the characteristics of the radiator 6, the main beam is very sharp, and, contrary to the characteristics of the primary radiator 6, the antenna gain on the minus side (road surface side) of the angle θ is low and asymmetrical. . In addition, the measurement of the beam pattern was performed similarly to the case of the primary radiator 6.
[0036]
As described above, in the on-vehicle radar device antenna 2 according to the present embodiment, the leaked electromagnetic wave from the feed line 22 interferes with the radiated electromagnetic wave from the patch antenna 16 to form a beam pattern having an asymmetric shape. In addition, the antenna with the smaller antenna gain is arranged toward the road surface.
[0037]
Therefore, according to the antenna 2 for the on-vehicle radar device of the present embodiment, even if the antenna 2 is disposed at a low position such as in a bumper in front of the vehicle, the influence of the reflected wave from the road surface can be reduced. Therefore, it is possible to prevent false detection and improve detection sensitivity.
[0038]
In addition, since the asymmetric beam pattern is formed by using the leaked electromagnetic wave from the feed line 22, the configuration is simple and inexpensive compared to an antenna having a symmetric beam pattern. can do. Further, in the on-vehicle radar device antenna 2 of this embodiment, power is fed from the back surface of the patch antenna 16, that is, the surface opposite to the patch antenna forming surface of the dielectric substrate 10, and transmission / reception is performed on this back surface. Can be formed on the back surface of the dielectric substrate 10 and the back surface of the dielectric substrate 10 is less affected by the electromagnetic wave radiated from the patch antenna 16. In addition, the detection sensitivity of the transmitter / receiver can be improved.
[0039]
In the above-described embodiment, an example in which the antenna is configured as a dielectric lens antenna is shown. However, as a means for converging radar waves, a reflector lens antenna provided with a reflector instead of the dielectric lens 4 may be used. The horn antenna may be configured without providing the dielectric lens 4.
[0040]
However, when configured as a horn antenna, in order to reduce the antenna gain G on the road surface side, it is necessary to dispose the dielectric substrate 10 so that the feed line 22 is located on the side opposite to the line.
In the above embodiment, a horn antenna is used as the primary radiator 6, but a patch antenna without the horn 12 may be used as the primary radiator 6. The same applies to the case of a reflector lens antenna.
[0041]
Further, in the above embodiment, a coplanar feed line is used as the feed line 22, but a strip feed line directly connected to the patch antenna 16 may be used. In this case, since the influence of the leakage electromagnetic wave from the feed line is increased, more various asymmetric beam patterns can be obtained.
[0042]
However, when a strip feed line is used, when the antenna is configured as a horn antenna, and when the antenna is configured as a lens antenna or a reflector antenna and a horn antenna is used as a primary radiator, the horn antenna is a patch. It is desirable to form the feed line having a length of ½ or more of the in-line wavelength with respect to the use frequency of the radar wave in the opening on the antenna arrangement end side.
[0043]
That is, in this way, when the electromagnetic wave leaking from the feeder line is reliably incident on the horn antenna and the patch antenna 16 is attached to the bumper as described above, the elevation angle is from about -15 ° to a larger angle. This is because a non-target beam pattern in which the antenna gain is reduced can be reliably formed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an antenna for an in-vehicle radar device according to an embodiment.
FIG. 2 is a perspective view, a plan view, and a sectional view showing a configuration of a primary radiator.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing configurations of a patch antenna and a feed line formed on the front surface and the back surface of a dielectric substrate.
FIG. 4 is a graph showing radiation characteristics of a primary radiator.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the arrangement of primary radiators and the shape of a beam pattern.
FIG. 6 is a graph showing radiation characteristics of the whole antenna of the example.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing an asymmetric beam pattern.
[Explanation of symbols]
2 ... Antenna for in-vehicle radar device 4 ... Dielectric lens 6 ... Primary radiator 8 ... Housing 10 ... Dielectric substrate 12 ... Horn 13 ... Waveguide 13a ... Radiation source side opening 13b ... Radiation field side opening 14 ... Carrier 16 ... Patch antenna 18 ... Dielectric exposed part 20, 24 ... Ground electrode 22 ... Feed line

Claims

レーダ波の送受信により車両周囲の状況を認識するためのデータを収集する車載レーダ装置にて用いられ、誘電体基板上に形成された方形の平面回路型共振素子であるパッチアンテナを前記レーダ波の放射源とする車載用アンテナにおいて、
前記パッチアンテナの周囲に形成された誘電体露出部と、
前記誘電体基板のパッチアンテナ形成面とは反対側の面に形成され、先端部分が前記パッチアンテナと対向するように配線されたコプレナー線路、及び該コプレナー線路の先端部分に設けられたスロット線路からなり、前記スロット線路からの放射により前記パッチアンテナへの給電を行う給電線路と、
を備え、前記給電線路から前記誘電体露出部を介して前記パッチアンテナ形成面側に漏れ出す漏洩電磁波と、前記パッチアンテナが放射する放射電磁波との干渉により、前記パッチアンテナから放射されるレーダ波が、該パッチアンテナの放射軸に対して低い側と高い側を持つ非対称なビームパターンを有し、且つ該ビームパターンの低い側が路面に向けて放射されるように、前記給電線路の配置及び前記誘電体露出部の幅が設定されていることを特徴とする車載レーダ装置用アンテナ。A patch antenna, which is a rectangular planar circuit type resonant element formed on a dielectric substrate, is used in an in-vehicle radar device that collects data for recognizing the situation around the vehicle by transmitting and receiving radar waves. In a vehicle-mounted antenna as a radiation source,
A dielectric exposed portion formed around the patch antenna;
A coplanar line formed on the surface of the dielectric substrate opposite to the patch antenna forming surface and wired so that the tip portion faces the patch antenna, and a slot line provided at the tip portion of the coplanar line A feed line that feeds power to the patch antenna by radiation from the slot line,
A radar wave radiated from the patch antenna due to interference between a leakage electromagnetic wave leaking from the feed line to the patch antenna forming surface side through the dielectric exposed portion and a radiated electromagnetic wave radiated from the patch antenna Has an asymmetric beam pattern having a low side and a high side with respect to the radiation axis of the patch antenna , and the arrangement of the feeder line and the low-side of the beam pattern are radiated toward the road surface An in-vehicle radar device antenna, wherein a width of a dielectric exposed portion is set .

レーダ波の送受信により車両周囲の状況を認識するためのデータを収集する車載レーダ装置にて用いられ、誘電体基板上に形成された方形の平面回路型共振素子であるパッチアンテナを前記レーダ波の放射源とする車載用アンテナにおいて、  A patch antenna, which is a rectangular planar circuit type resonant element formed on a dielectric substrate, is used in an in-vehicle radar device that collects data for recognizing the situation around the vehicle by transmitting and receiving radar waves. In a vehicle-mounted antenna as a radiation source,
前記パッチアンテナの周囲に形成された誘電体露出部と、  A dielectric exposed portion formed around the patch antenna;
前記誘電体基板のパッチアンテナ形成面に形成され、前記パッチアンテナに直接接続されたストリップ線路からなり、前記パッチアンテナへの給電を行う給電線路と  A feed line that is formed on a patch antenna forming surface of the dielectric substrate and is formed of a strip line that is directly connected to the patch antenna, and that feeds power to the patch antenna;
を備え、前記給電線路から漏れ出す漏洩電磁波と、前記パッチアンテナが放射する放射電磁波との干渉により、前記パッチアンテナから放射されるレーダ波が、該パッチアンテナの放射軸に対して低い側と高い側を持つ非対称なビームパターンを有し、且つ該ビームパターンの低い側が路面に向けて放射されるように、前記給電線路の配置及び前記誘電体露出部の幅が設定されていることを特徴とする車載レーダ装置用アンテナ。  The radar wave radiated from the patch antenna due to the interference between the leaked electromagnetic wave leaking from the feed line and the radiated electromagnetic wave radiated from the patch antenna is low and high with respect to the radiation axis of the patch antenna. The feed line is arranged and the width of the dielectric exposed portion is set so that the lower side of the beam pattern is radiated toward the road surface. An antenna for in-vehicle radar equipment.

請求項１又は請求項２記載の車載レーダ装置用アンテナにおいて、
当該アンテナは、前記パッチアンテナを放射源とするホーンアンテナとして構成され、前記給電線路を、路面に対して立設された前記パッチアンテナの前記路面側とは反対側に配線したことを特徴とする車載レーダ装置用アンテナ。The antenna for an on-vehicle radar device according to claim 1 or 2 ,
The antenna is configured as a horn antenna using the patch antenna as a radiation source, and the feed line is wired on the side opposite to the road surface side of the patch antenna erected with respect to the road surface. Antenna for in-vehicle radar equipment.

請求項１又は請求項２記載の車載レーダ装置用アンテナにおいて、
当該アンテナは、レーダ波を屈折により収束させるレンズと、前記パッチアンテナを用いた一次放射器とからなるレンズアンテナとして構成され、前記給電線路を、路面に対して立設された前記パッチアンテナの前記路面側に配線したことを特徴とする車載レーダ装置用アンテナ。The antenna for an on-vehicle radar device according to claim 1 or 2 ,
The antenna is configured as a lens antenna composed of a lens that converges a radar wave by refraction and a primary radiator using the patch antenna, and the feed line is arranged upright with respect to a road surface. An antenna for an on-vehicle radar device, characterized by being wired on the road surface side.

前記レンズアンテナを構成するレンズは、当該アンテナが搭載される車両のバンパーと同じ誘電体素材により形成された誘電体レンズであることを特徴とする請求項４記載の車載レーダ装置用アンテナ。The in-vehicle radar device antenna according to claim 4, wherein the lens constituting the lens antenna is a dielectric lens formed of the same dielectric material as a bumper of a vehicle on which the antenna is mounted.

請求項１又は請求項２記載の車載レーダ装置用アンテナにおいて、
当該アンテナは、レーダ波を反射により収束させる反射鏡と、前記パッチアンテナを用いた一次放射器とからなる反射鏡アンテナとして構成され、前記給電線路を、路面に対して立設された前記パッチアンテナの前記路面側に配線したことを特徴とする車載レーダ装置用アンテナ。The antenna for an on-vehicle radar device according to claim 1 or 2 ,
The antenna is configured as a reflector antenna including a reflector that converges radar waves by reflection and a primary radiator using the patch antenna, and the patch antenna in which the feed line is erected with respect to a road surface An antenna for an on-vehicle radar device, wherein the antenna is wired on the road surface side.

請求項４ないし請求項６いずれか記載の車載レーダ装置用アンテナにおいて、前記一次放射器は、前記パッチアンテナを放射源とするホーンアンテナからなることを特徴とする車載レーダ装置用アンテナ。The antenna for an on-vehicle radar device according to any one of claims 4 to 6 , wherein the primary radiator is a horn antenna using the patch antenna as a radiation source.