JPH11261332A - レーダ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 素子アンテナの配置の自由度の高い平面アレ
ーアンテナを備えたレーダ装置を提供すること。 【解決手段】 平面アレーアンテナが設けられたアンテ
ナ層と、レーダ装置の回路部の少なくとも一部が搭載さ
れた回路層と、アンテナ層と回路層とに挟まれた中間層
であり平面アレーアンテナと回路層上の回路部とを接続
する伝送線路が設けられた伝送線路層とを有することを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーダ装置、特
に、複数の素子アンテナが平面上に配列された平面アレ
ーアンテナを備えたレーダ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】パッチアンテナを行方向と列方向に多数
配列した平面アレーアンテナとして、例えば、特開平８
−１８１５３７号公報に開示されたマイクロ波アンテナ
がある。このマイクロ波アンテナでは、高利得、高効率
を目的として、パッチアンテナが配列されている基板上
のマイクロストリップ線路による給電線に工夫が凝らさ
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一方、パッチアンテナ
の配列、特に、パッチアンテナ間の距離は、メインビー
ムに対するグレーティングローブの角度や、ビーム幅、
アンテナ利得等に大きく影響を与えるので、用途に応じ
て適切に設定する必要がある。

【０００４】しかし、上述した従来技術のように、高利
得、高効率を目的として給電線の構成を特殊なものとし
た場合、パッチアンテナを所望の間隔で配列することが
困難であり、合成ビームとして十分な利得が得られな
い、または、パッチアンテナ間隔を狭くすることにより
グレーティングローブをメインビームから遠ざけること
が困難となるという問題があった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のレーダ装置は、
このような問題を解決したものであり、平面アレーアン
テナが設けられたアンテナ層と、レーダ装置の回路部の
少なくとも一部が搭載された回路層と、アンテナ層と回
路層とに挟まれた中間層であり平面アレーアンテナと回
路層上の回路部とを接続する伝送線路が設けられた伝送
線路層とを有することを特徴とする。

【０００６】このレーダ装置によれば、アンテナ層と回
路層との間に伝送線路層が設けられているので、アンテ
ナと回路部との間の伝送線路の一部を伝送線路層上の伝
送線路が担うことになり、アンテナ層上の伝送線路を最
小限のものにすることができる。これにより、平面アレ
ーアンテナを構成する複数の素子アンテナの配列の自由
度が高まる。

【０００７】また、伝送線路層上の伝送線路に、マイク
ロストリップ線路に比べて大幅に給電損失の少ないトリ
プレート線路やサスペンディド線路を用いることによ
り、アンテナから回路部までの全体の伝送線路の給電損
失を低減できる。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１は本発明のレーダ装置の一実
施形態を示す斜視図であり、図２はその回路構成を示す
ブロック図である。レーダ装置１は、平面アレーアンテ
ナ２０を有するアンテナ層２、伝送線路３０が設けられ
た伝送線路層３、数十ＧＨｚの高周波信号の信号処理を
行う高周波回路４０を搭載した高周波回路層４、および
高周波回路４０から出力されるディジタル信号に対して
ディジタル・ビーム・フォーミング処理等を施す信号処
理回路５０を搭載した信号処理回路層５を備える。

【０００９】このレーダ装置１は、図１に示すようにア
ンテナ層２と高周波回路層４との間に伝送線路層３を備
えた積層構造に特徴を有するものであるが、その構造上
の特徴を説明する前に、図２を参照してレーダ装置１の
全体構成および動作等を説明する。

【００１０】このレーダ装置１は、連続波（ＣＷ）に周
波数変調（ＦＭ）を掛けた送信信号を用いるＦＭ−ＣＷ
レーダ装置であり、且つ、受信アンテナにおいてディジ
タル・ビーム・フォーミング処理を行うＤＢＦレーダ装
置である。このレーダ装置１は、自動車に搭載されるい
わゆる車載用レーダ装置であり、前方を走行する車輌ま
での距離やその相対速度などを検知するものである。こ
のレーダ装置の検知結果は、車輌走行の制御情報等に利
用される。送信電波にはマイクロ波が用いられている。

【００１１】従来からの一般的なＤＢＦレーダ装置で
は、ＲＦアンプやミキサなどが素子アンテナ毎に設けら
れているが、このレーダ装置では、切換スイッチを利用
することにより、ＲＦアンプやミキサなどのアナログデ
バイスを全体で一組備えた構成としている。

【００１２】高周波回路部４０は、中心周波数がｆ０
（たとえば７６ＧＨｚ）の電圧制御型発振器１１と、バ
ッファアンプ１２と、ＲＦアンプ１４とからなる送信部
を有する。発振器１１は、図示省略した変調用の直流電
源から出力される制御電圧によって、周波数ｆ０の搬送
波に対して周波数変調幅ΔＦの三角波変調を掛けた信
号、すなわち周波数ｆ０±ΔＦ／２の被変調波（送信信
号）を出力する。被変調波はバッファアンプ１２で増幅
され、送信アンテナ６０から電磁波として放射される。
送信信号の一部はＲＦアンプ１４で増幅され受信検波用
のローカル信号として高周波回路部４０内の受信部に出
力される。

【００１３】なお、この実施形態では、送信アンテナ６
０は受信用の平面アレーアンテナ２０とは別体となって
おり、図１では図示が省略されているが、平面アレーア
ンテナ２０と同一の基板上にパッチアンテナ等で形成し
てもよい。

【００１４】受信用平面アレーアンテナ２０は、第１チ
ャネル（ＣＨ１）、第２チャネル（ＣＨ２）および第３
チャネル（ＣＨ３）からなる３つのチャネルで構成され
ている。ここでは、簡単のために３チャネルの例を示し
ているが、車載用レーダ装置としては検知能力、大きさ
等を考慮すると１０チャネル前後が望ましい。

【００１５】高周波回路部４０の受信部は、ＲＦアンプ
４１、ミキサ４２、アンプ４３、フィルタ４４、Ａ／Ｄ
変換器４５、切換信号発生用の発振器４６および切換ス
イッチ４７を備えている。

【００１６】切換スイッチ４７は、３個の入力端子と１
個の出力端子とを有し、各入力端子にはアレーアンテナ
２０の各チャネルに接続される伝送線路がそれぞれ接続
されている。出力端子は入力端子のいずれか一つと接続
されるものであり、切換信号（クロック信号）により、
その接続は周期的に切り換えられる。接続切換は、回路
上で電気的に行われる。

【００１７】切換スイッチ４７の出力端子から出力され
た信号、すなわち、アレーアンテナ２のいずれかのチャ
ネルで受信した信号は、ＲＦアンプ４１で増幅され、ミ
キサ４２でＲＦアンプ１４からの送信信号の一部とミキ
シングされる。このミキシングにより受信信号はダウン
コンバートされ、送信信号と受信信号との差信号である
ビート信号が生成される。

【００１８】三角波変調ＦＭ−ＣＷ方式では、相対速度
が零のときのビート周波数をｆｒ、相対速度に基づくド
ップラ周波数をｆｄ、周波数が増加する区間（アップ区
間）のビート周波数をｆｂ１、周波数が減少する区間
（ダウン区間）のビート周波数をｆｂ２とすると、 ｆｂ１＝ｆｒ−ｆｄ …（１） ｆｂ２＝ｆｒ＋ｆｄ …（２） が成り立つ。

【００１９】したがって、変調サイクルのアップ区間と
ダウン区間のビート周波数ｆｂ１およびｆｂ２を別々に
測定すれば、次式（３）（４）からｆｒおよびｆｄを求
めることができる。

【００２０】 ｆｒ＝（ｆｂ１＋ｆｂ２）／２ …（３） ｆｄ＝（ｆｂ２−ｆｂ１）／２ …（４） ｆｒおよびｆｄが求まれば、目標物の距離Ｒと速度Ｖを
次の（５）（６）式により求めることができる。

【００２１】 Ｒ＝（Ｃ／（４・ΔＦ・ｆｍ））・ｆｒ …（５） Ｖ＝（Ｃ／（２・ｆ０））・ｆｄ …（６） ここに、Ｃは光の速度、ｆｍはＦＭ変調周波数である。

【００２２】ビート信号は、アンプ４３およびローパス
フィルタ４４を介してＡ／Ｄ変換器４５に入力され、発
振器４６の出力信号すなわち切換スイッチ３での接続切
換を行うためのクロック信号のタイミングでディジタル
信号に変換される。

【００２３】ディジタル信号処理部５０は、Ａ／Ｄ変換
器４５からのディジタルビート信号に対してディジタル
・ビーム・フォーミング（ＤＢＦ）を施す。すなわち、
ディジタル信号処理部５０では、各チャネルのディジタ
ル受信信号をある規則で位相、振幅変換して全チャネル
の合成を行う。これにより、任意の方向に任意の形状で
受信アンテナ２０の指向性パターンを形成することがで
きる。ＤＢＦの大きな特徴は、全受信チャネルの信号を
一旦ディジタル信号として取り込んでしまうと、それを
もとに任意の方向にビーム合成ができるため、一回の信
号取り込みで複数のビームを形成することができること
にある。

【００２４】以上がレーダ装置１の全体構成および動作
の説明である。つぎに、構造上の特徴を説明する。図３
はアンテナ層２を示す平面図、図４は伝送線路層３を示
す平面図、図５は高周波回路層４を示す平面図である。

【００２５】アンテナ層２は、素子アンテナであるパッ
チアンテナ２１が基板上に縦横に多数配列された平面ア
レーアンテナ２０を備える。各チャネルは、それぞれ１
６個のパッチアンテナ２１と２個の導波管２３で構成さ
れている。１つの導波管２３に対してそれぞれ８個のパ
ッチアンテナ２１がマイクロストリップ線路２２で接続
されており、導波管２３から各パッチアンテナ２１まで
の線路長はほぼ等しくなるように調整されている。導波
管２３は、伝送線路層３上の伝送線路３０とアンテナ層
２上のマイクロストリップ線路２２とを接続するための
伝送路であり、アンテナ層２の基板中を貫いて伝送線路
層３の表面に至る構造となっている。

【００２６】伝送線路層３は、図４に示すように、上に
位置するアンテナ層２のマイクロストリップ線路２２に
接続する６個の導波管２３と、下に位置する高周波回路
層４上の伝送線路に接続する３個の導波管３１とを備
え、各導波管３１は伝送線路３０を介してそれぞれ２つ
の導波管２３と互いに等しい線路長となるように接続さ
れている。

【００２７】伝送線路３０は、マイクロストリップ線路
に対して給電損失の低いトリプレート線路またはサスペ
ンディド線路で構成されていることが望ましい。ちなみ
に、伝送線路３０にマイクロストリップ線路を用いた場
合には、給電損失が５７ｄＢ／ｍであったが、トリプレ
ート線路を用いた場合には７ｄＢ／ｍ、サスペンディド
線路を用いた場合には３ｄＢ／ｍであった。

【００２８】図６はサスペンディド線路の構造を示す断
面図である。２枚の平面導体板６１と６２が互いに対向
して配置され、その間に誘電体フィルム６３が導体の壁
６５で支持されている。誘電体フィルム６３上には導体
のストリップ線路６４が形成されている。電磁波は、ス
トリップ線路６４と平面導体６１、６２および導体の壁
６５の間を伝播する。

【００２９】トリプレート線路は、サスペンディド線路
と同様に２枚の平面導体板を有し、この２枚の平面導体
板の間に導体のストリップ線路が設けられている。そし
て、ストリップ線路と２枚の平面導体板との間に誘電体
層が介在しており、電磁波は、ストリップ線路と上下の
平面導体板との間を伝播する。

【００３０】高周波回路層４は、図５に示すように、高
周波回路部４０を搭載しており、その３つの入力端子に
それぞれ伝送線路層３から延びる３個の導波管３１が接
続されている。高周波回路部４０の３つの入力端子とい
うのは、図２に示す切換スイッチ４７の入力端子に相当
する。

【００３１】高周波回路部４０の出力端子は、さらに下
の層に設けられたディジタル信号処理部に接続される
が、その接続構造の図示は省略する。

【００３２】このように構成された本実施形態のレーダ
装置では、パッチアンテナ２１に到達した電磁波は、ア
ンテナ層２上のマイクロストリップ線路２２を介して導
波管２３に至り、そこから伝送線路層３上の伝送線路３
０を経て導波管３１に至り、そこからさらに、高周波回
路層４上の高周波回路部４０に伝播する。

【００３３】本実施形態のレーダ装置によれば、アンテ
ナ層２と高周波回路層４との間に伝送線路層４が設けら
れているので、アンテナ層２上の伝送線路を短くするこ
とができる。これにより、アンテナ層２の表面のチャネ
ル間において引き回されていた伝送線路を省くことがで
き、チャネル間距離を小さくすることができる。これに
より、信号処理にて合成したアンテナ全体の利得が向上
するとともに、チャネル間距離が小さくなると、グレー
ティングローブの現れる方位すなわちメインビームに対
する角度が大きくなり、レーダ装置の検知可能範囲が広
がる。

【００３４】また、アンテナ層２上のチャネル間に伝送
線路を引き回す必要がなくなったことから、アンテナ層
２の表面のチャネル間にチャネル間干渉を防止するため
の導電の壁を配置するスペースを確保し易くなった。

【００３５】さらに、伝送線路層４には上下の層と接続
するための導波管以外は伝送線路しか形成されていない
ため、給電損失の小さいサスペンディド線路やトリプレ
ート線路を伝送線路として用いることができる。ちなみ
に、サスペンディド線路やトリプレート線路は、互いに
対向する２枚の平面導体板を必要とするため、パッチア
ンテナが表面に形成されるアンテナ層の表面に形成する
ことは極めて困難である。

【００３６】本実施形態では、切換スイッチ４７を用い
ることにより単一のミキサ４２で高周波の信号処理を行
っているため、各チャネルの信号を１カ所、すなわち切
換スイッチ４７に集める必要がある。そのために、チャ
ネル毎に高周波回路を備えている場合に比べて伝送線路
が長くなってしまうが、伝送線路層４上の伝送線路に給
電損失の小さい伝送線路を用いることができるため、全
体としての給電損失を小さく抑えることができる。

【００３７】本実施形態では、ディジタル信号処理部５
０と高周波回路部４０とをそれぞれ信号処理回路層５と
高周波回路層４上に形成しているが、これらを同一層上
に形成してもよい。

【００３８】

【発明の効果】以上のように本発明のレーダ装置によれ
ば、アンテナ層上の伝送線路を最小限のものにすること
ができるため、平面アレーアンテナを構成する複数の素
子アンテナの配列の自由度が高まる。そのため、たとえ
ば平面アレーアンテナ上に多チャネルのアンテナが形成
されている場合には、チャネル間距離を短くすることが
でき、信号処理によりアンテナ利得の向上を図ることが
でき、しかも、グレーティングローブのメインビームに
対する角度を広げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態のレーダ装置を示す斜視
図。

【図２】その回路構成を示すブロック図。

【図３】アンテナ層２を示す平面図。

【図４】伝送線路層３を示す平面図。

【図５】高周波回路層４を示す平面図。

【図６】サスペンディド線路の構成を示す断面図。

【符号の説明】

１…レーダ装置、２…アンテナ層、３…伝送線路層、４
…高周波回路層、５…信号処理回路層、２１…パッチア
ンテナ、２２…マイクロストリップ線路、２３、３１…
導波管、３０…伝送線路、４０…高周波回路部、５０…
信号処理部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ // Ｇ０１Ｓ 13/34 Ｇ０１Ｓ 13/34

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の素子アンテナが平面上に配列され
   た平面アレーアンテナを備えたレーダ装置において、 前記平面アレーアンテナが設けられたアンテナ層と、前
   記レーダ装置の回路部の少なくとも一部が搭載された回
   路層と、前記アンテナ層と前記回路層とに挟まれた中間
   層であり前記平面アレーアンテナと前記回路層上の前記
   回路部とを接続する伝送線路が設けられた伝送線路層と
   を有することを特徴とするレーダ装置。
2. 【請求項２】 前記伝送線路がトリプレート線路または
   サスペンディド線路で構成されていることを特徴とする
   請求項１に記載のレーダ装置。