WO2012133210A1

WO2012133210A1 - 広覆域レーダ装置

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Publication number: WO2012133210A1
Application number: PCT/JP2012/057563
Authority: WO
Inventors: 晋啓折目; 直孝内野; 大輔井上; 洋一磯
Original assignee: 古河電気工業株式会社; 古河As株式会社
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2012-03-23
Publication date: 2012-10-04

Abstract

送信用アンテナ及び受信用アンテナを収納するレドームがそれぞれの放射特性に与える影響を極力低減した広覆域レーダ装置を提供する。広覆域レーダ装置１００は、コーナ部１１３内面の曲率半径が上蓋部１１１の高さＨに略等しいレドーム１１０を備えている。コーナ部１１３内面の曲率半径をＲ１、コーナ部１１３外面の曲率半径をＲ２とし、レドーム１１０の好適な厚みをｄｔとするとき、Ｒ１≒Ｈ、Ｒ２≒Ｈ＋ｄｔとなるようにコーナ部が形成されている。これにより、コーナ部１１３内面の曲率半径Ｒ１を波面の曲率半径Ｒに漸近させることができる。

Description

広覆域レーダ装置

　本発明は、送信用アンテナと受信用アンテナを収納するレドームを備えたレーダ装置に関し、特に送信用アンテナ及び受信用アンテナが広覆域な指向性を有する広覆域レーダ装置に関するものである。

　レーダ装置は送信用アンテナから放射された送信波が対象物で反射され、この反射波を受信用アンテナで受信することで対象物までの距離や方向を検知している。このようなレーダ装置は、近年では自動車に搭載されて進行方向の障害物などを検出するのに用いられるようになってきている。自動車に搭載されるレーダ装置等では、測定する角度範囲を広くする広覆域化や設置スペースを小さくする小型化が求められる。そのため、送信用アンテナと受信用アンテナとを一つのレドーム内に収納して小型化、広覆域化が図られるが、その際に課題となる送信用アンテナと受信用アンテナとの間の送受アイソレーションの改善が要求される。このような送受アイソレーションの改善を図る従来技術として、例えば特許文献１に開示されているものがある。

　また、レーダ装置の測定精度を高めるために、送信波に広帯域な高周波信号を用いたレーダ装置の開発も進められている。自動車に搭載されるレーダ装置のニーズとして、近年は駐車支援や死角検知といった用途への要求もある。このような用途では、ごく近距離にある対象物を検知することが要求されるが、このような要求を従来のレーダ装置で実現しようとすると、多数のレーダ装置を自動車に搭載する必要がある。しかし、レーダ装置を搭載できるスペースが限られているため、１つのレーダ装置で広い角度範囲を測定できる広覆域レーダ装置が必要となる。以下では、測定される角度範囲を「測角覆域」と称する。

　測角覆域が広い広覆域レーダ装置では、ビーム幅の広い広覆域なアンテナが送信用及び受信用のアンテナに用いられる。広覆域レーダ装置は、測角覆域が広いことでごく近距離にある対象物を検知することが可能となるが、送信用アンテナと受信用アンテナとの間のアイソレーションが十分取れていないと、近距離の対象物で反射された受信波が送信波と干渉して対象物の検知ができなくなることがある。

　送信用アンテナと受信用アンテナとの間の結合は、一般的にはその間の距離を大きくするにつれて低減していくことから、両者間の距離をできるだけ大きくすることでアイソレーションを高くすることができる。送信用アンテナと受信用アンテナとを一つの基板内に搭載して一体化し、これをレドーム内に収納した小型レーダ装置では、送信用アンテナと受信用アンテナとの間の距離を大きくするには、必然的に相対する基板の両端に分けてそれぞれのアンテナを配置することになる。

特開２０１０－２１０２９７号公報

　しかしながら、送信用及び受信用アンテナを基板の両端部に分けて配置すると各アンテナがレドームの側壁やコーナ部に近接するため、特に広覆域レーダ装置ではその放射特性がレドーム側壁やコーナ部の影響を強く受けてしまう。例えば、測角覆域が±６０°前後あるいはそれ以上の広覆域を要求されるレーダ装置では、アンテナから放射されるビームの電界強度の強い部分がレドームのコーナ部に抵触することになり、レーダの放射特性に大きな影響を与えるといった問題がある。また、ビーム幅の狭いアンテナでも、指向特性によりコーナ部での電界が弱められるためコーナ部が放射特性に与える影響はそれほど大きくないが、アンテナからコーナ部までの距離が小さくなると、レーダの放射特性がレドーム側壁やコーナ部の影響を強く受けるようになる。

　本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、送信用アンテナ及び受信用アンテナを収納するレドームがそれぞれの放射特性に与える影響を極力低減した広覆域レーダ装置を提供することを目的とする。

　本発明の広覆域レーダ装置の第１の態様は、高周波信号を送受信して所定の角度範囲の対象物を検知する広覆域レーダ装置であって、送受信機能を有するマイクロ波集積回路基板（以下ＭＩＣ基板と称する）と、前記ＭＩＣ基板の対向する２つの端部に近接して配置される送信用アンテナ及び受信用アンテナと、前記ＭＩＣ基板、前記送信用アンテナ、及び前記受信用アンテナを覆うレドームと、を備え、前記レドームは、前記ＭＩＣ基板に対向する上蓋部と、前記ＭＩＣ基板の外周を囲む外壁部と、前記上蓋部と前記外壁部とを所定の曲率半径の曲面で接続するコーナ部と、を有し、前記ＭＩＣ基板から前記上蓋部の内面までの高さをＨとし、少なくとも前記送信用アンテナ及び受信用アンテナの放射面に対向する位置の前記上蓋部の好適な厚みをｄｔとし、前記コーナ部の内面の曲率半径をＲ１とするとき、Ｈ≦Ｒ１＜１．３Ｈを満たすように前記レドームが形成されていることを特徴とする。

　本発明の広覆域レーダ装置の他の態様は、前記コーナ部の外面の曲率半径をＲ２とするとき、Ｈ＋ｄｔ≦Ｒ２＜１．３Ｈ＋ｄｔを満たすように前記レドームが形成されていることを特徴とする。

　本発明の広覆域レーダ装置の他の態様は、前記受信用アンテナに入射する電磁波の天頂方向からの角度である入射角をθとし、β（θ）を入射角θの所定の関数とするとき、前記関数β（θ）が、０°≦θ≦９０°の範囲で１≧β（θ）＞０となって少なくともθ＝０°のときβ（θ）＝１を満たし、前記コーナ部の外面の曲率半径Ｒ２が、Ｈ＋β（θ）・ｄｔ≦Ｒ２＜１．３Ｈ＋β（θ）・ｄｔを満たすように形成されていることを特徴とする。

　本発明の広覆域レーダ装置の他の態様は、前記関数β（θ）は、前記コーナ部が前記好適な厚みｄｔで一定に形成されたときの外面を所定距離だけ内面側に平行移動させたときの外面の曲率半径となるように作成されていることを特徴とする。

　本発明の広覆域レーダ装置の他の態様は、前記コーナ部の内部を透過する長さである透過長を前記コーナ部を透過する入射角θの範囲で平均化した平均透過長が前記好適な厚みｄｔに略等しく、前記ｄｔは次式

で定められることを特徴とする。

　本発明の広覆域レーダ装置の他の態様は、前記上蓋部は、中央部に位置する第１上蓋部と、前記送信用アンテナ及び前記受信用アンテナの放射面にそれぞれ対向する第３上蓋部と、前記第１上蓋部と前記第３上蓋部との間に位置する第２上蓋部とからなり、前記第２上蓋部と前記第１上蓋部とで所定の窪み部が形成されていることを特徴とする。

　本発明の広覆域レーダ装置の他の態様は、前記第２上蓋部がテーパ形状に形成され、前記窪み部が逆台形形状に形成されていることを特徴とする。

　本発明の広覆域レーダ装置の他の態様は、前記受信用アンテナの放射面に対向する前記第３上蓋部は、前記受信アンテナの中心を通る前記ＭＩＣ基板に垂直な面に対して対称となるように形成されていることを特徴とする。

　本発明によれば、送信用アンテナ及び受信用アンテナを収納するレドームがそれぞれの放射特性に与える影響を極力低減した広覆域レーダ装置を提供することができる。

第１実施形態の広覆域レーダ装置の構成を示す断面図である。従来の広覆域レーダ装置の概略構成を示す断面図である。レドームのコーナ部とアンテナビームの覆域との関係を示す説明図である。素子アンテナの径をパラメータに、高さに対する波面の曲率半径Ｒの変化を解析した結果を示すグラフである。和パターン及び差パターンの角度θに対する変化を示す解析結果である。直角形状のコーナ部を示す断面図である。第２実施形態の広覆域レーダ装置の構成を示す断面図である。従来のレドームを装着したときのディスクリカーブの一例を示すグラフである。受信用アンテナ側の側壁部及びコーナ部の偏肉構造を説明するための拡大断面図である。コーナ部及び側壁部を偏肉構造としたときの入射角に対するレドーム透過長を算出した結果を示すグラフである。第２実施形態の広覆域レーダ装置で得られるディスクリカーブの実測結果の一例を示すグラフである。第３実施形態の広覆域レーダ装置の構成を示す断面図である。レドームの厚みをパラメータとして入射角度に対するレドーム透過長Lを算出した結果を示すグラフである。２つの偏肉構造を有するレドームを用いたときのディスクリカーブの解析結果を示すグラフである。２つの偏肉構造を有するレドームを用いたときのディスクリカーブの実測結果を示すグラフである。２つの偏肉構造を有するレドームを用いたときのアイソレーションの解析結果を示すグラフである。２つの偏肉構造を有するレドームを用いたときのアイソレーションの測定結果を示すグラフである。

　本発明の好ましい実施の形態における広覆域レーダ装置について、図面を参照して詳細に説明する。同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。以下では、測角方法の一例として位相比較モノパルス方式を用いる場合について説明するが、これに限定されるものではなく、別の方式で測角を行う場合でも同様に適用できる。

　まず、従来の広覆域レーダ装置のレドームがアンテナの放射特性に与える影響を、図２、３を用いて説明する。図２は、従来の広覆域レーダ装置の概略構成を示す断面図である。従来の広覆域レーダ装置９００は、基板１０１の両端近傍に、それぞれ受信用アンテナ１０２、１０３と送信用アンテナ１０４を搭載しており、基板１０１と一体にレドーム９１０で覆われている。図２は、基板１０１に対し垂直で受信用アンテナ１０２、１０３と送信用アンテナ１０４とを通る面で見た断面図である。また、図３は、レドームのコーナ部とアンテナビームの覆域との関係を示した説明図である。受信用アンテナは、測角を行うために１０２、１０３の２つが設けられている。受信用アンテナ１０２、１０３及び送信用アンテナ１０４は、両者を結ぶ方向と直交する方向に素子アンテナが複数配列されたアレーアンテナであってもよい。

　レドーム９１０は、上蓋部９１１と側壁部９１２、及び上蓋部９１１と側壁部９１２とを接続するコーナ部９１３で構成されている。受信用アンテナ１０２、１０３の中心と送信用アンテナ１０４の中心との距離をＬＬとするとき、受信用アンテナ１０２、１０３と送信用アンテナ１０４との間のアイソレーションを高くするには距離ＬＬをできるだけ大きくするのがよいが、これにより各アンテナがレドーム９１０の側壁部９１２やコーナ部９１３に近接する。図３の符号Ｂ１で示すように、各アンテナのビーム幅が狭いときは、その指向特性により側壁部９１２やコーナ部９１３での電界強度が弱められるため、側壁部９１２やコーナ部９１３が各アンテナの放射特性に与える影響はそれほど大きくない。

　これに対し、測角覆域が±６０°前後あるいはそれ以上の広覆域を要求される広覆域レーダ装置では、各アンテナで送受信されるビームが、図３の符号Ｂ２で示すように広角度の範囲で高い電界強度を有しており、各アンテナの放射特性が側壁部９１２やコーナ部９１３の影響を強く受けるようになる。ここでは、レドーム９１０の側壁部９１２に最も近い位置にある受信用アンテナ１０２の中心から側壁部９１２までの距離をＪとし、基板１０１の表面からレドーム９１０の上蓋部９１１内面までの好適な高さをＨとして、レーダ装置９００の測角覆域とコーナ部９１３との位置関係についてより具体的に説明する。

　距離Ｊと高さＨがＪ＝２．５Ｈの関係にあるとすると、このときのコーナ部９１３の中心は、受信用アンテナ１０２の中心位置を基準に天頂方向から見た入射角度θが略６８°の方向に位置することになる。これより、測角覆域が±６０°を満たす広覆域位相比較モノパルスアンテナ１０２、１０３では、コーナ部９１３の始まり（レドーム９１０がカーブを描き始める位置）を考慮すると、放射特性がコーナ部９１３の影響を受け始める。また、アンテナ１０２、１０３を側壁部９１２にさらに近い位置に配置してＪ＜２．５Ｈとなる領域では、Ｊが小さくなるに従って側壁部９１２やコーナ部９１３による放射特性への影響が徐々に大きくなる。以下では、Ｊ＜２．５Ｈであっても側壁部９１２やコーナ部９１３が放射特性に与える影響を極力低減させた本発明の広覆域レーダ装置の実施形態について説明する。

　（第１実施形態）
　本発明の第１の実施形態に係る広覆域レーダ装置を、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態の広覆域レーダ装置１００の構成を示す断面図であり、図２と同様の面で見た断面図である。広覆域レーダ装置１００は、基板１０１、受信用アンテナ１０２、１０３、及び送信用アンテナ１０４を備えており、これらを覆うレドーム１１０が好適な形状に形成されている。基板１０１は、送信用アンテナ１０４から送信する送信信号及び受信用アンテナ１０２、１０３で受信する受信信号を処理する送受信機能を有するマイクロ波集積回路基板（以下ＭＩＣ基板と称する）である。また、レドーム１１０は、上蓋部１１１と側壁部１１２、及び上蓋部１１１と側壁部１１２とを接続するコーナ部１１３で構成されている。

　基板１０１の表面からレドーム１１０の上蓋部１１１の内面までの高さをＨ、広覆域レーダ装置１００の使用周波数をλ、素子アンテナの径をＤ、各アンテナで送受信される電磁波のビームウェストでのビーム半径をω₀、該電磁波のビームモードの波面の曲率半径をＲとし、ビームウエストの位置が各素子アンテナに十分近くビームウエストからレドーム１１０の内面までの距離が高さＨに略等しいと近似できるとする。このとき、ビームモードの関係式より曲率半径Ｒは次式で与えられる。

　ここで、Ω₀は素子アンテナの開口分布で決まる定数である（参考文献として、片木他の「収束ビーム給電系のビームモード展開による解析及び設計法」、電子情報通信学会論文誌Ｂ、Vol.J66-B No.3 '83/3、がある）。

　素子アンテナの径Ｄをパラメータとして、上式より曲率半径Ｒを高さＨを変数として解析した結果を図４に示す。同図では、径Ｄを３ｍｍ、４．１５ｍｍ、５ｍｍとしたときをそれぞれ符号１１、１２、１３で示している。同図より、それぞれのアンテナ径Ｄに対応して波面の曲率半径Ｒが最小となるＨが存在することがわかる。曲率半径Ｒが最小となるときの高さＨをｒ₀とすると、ｒ₀は次式で与えられる。

　図４に示すように、３ｒ₀＜Ｈの領域では、実際に使われるアンテア径が少々変化しても、レドーム高さＨと波面の曲率半径Ｒとがほぼ等しくなることがわかる。より正確には、３ｒ₀＜Ｈの領域ではＨ≦Ｒ＜１．３Ｈの関係があり、３ｒ₀≪Ｈの領域ではＲ≒Ｈとなる。これより、レドーム１１０のコーナ部１１３内面の曲率半径を上蓋部１１１の高さＨにほぼ等しくなるように形成すると、コーナ部１１３の曲率半径が波面の曲率半径Ｒに近づくことになる。

　本実施形態の広覆域レーダ装置１００は、コーナ部１１３内面の曲率半径が上蓋部１１１の高さＨに略等しいレドーム１１０を備えている。すなわち、コーナ部１１３内面の曲率半径をＲ１、コーナ部１１３外面の曲率半径をＲ２とし、レドーム１１０の好適な厚みをｄｔとするとき、Ｒ１≒Ｈ、Ｒ２≒Ｈ＋ｄｔとなるようにコーナ部が形成されている。注釈を加えれば、３ｒ₀＜Ｈの領域では、Ｈ≦Ｒ１＜１．３Ｈ、Ｈ＋ｄｔ≦Ｒ２＜１．３Ｈ＋ｄｔとなり、３ｒ₀≪Ｈの領域ではＲ１≒Ｈ、Ｒ２≒Ｈ＋ｄｔが成り立つ。これにより、コーナ部１１３内面の曲率半径Ｒ１を波面の曲率半径Ｒに漸近させることができる。ここで、１／２波長レドームの場合、自由空間波長をλ₀、レドーム材の実効比誘電率をε_effとすると、好適な厚みｄｔの初期値ｄｔ₁は、

で与えられる。しかし、好適な厚みｄｔは周辺環境を考慮したチューニングが必要であり、常識的には０．９ｄｔ₁＜ｄｔ＜１．１ｄｔ₁の範囲で選定される。コーナ部１１３内面の曲率半径Ｒ１を波面の曲率半径Ｒに漸近させることにより、レドーム１１０による放射パターンの乱れを低減できることを、図５を用いて以下に説明する。

　位相比較モノパルス方式では、受信アンテナ１０２、１０３のそれぞれで受信した２つの受信信号の和である和パターン（Σで表すものとする）と両者の差である差パターン（Δで表すものとする）を求め、差パターンを和パターンで除したもの（Δ／Σ）をディスクリカーブとして測角に用いている。図５は、上記の和パターン（同図（ａ））及び差パターン（同図（ｂ））の角度θに対する変化の一例を示す解析結果である。ここで、符号１５は、コーナ部１１３内面の曲率半径Ｒ１を上蓋部１１１の高さＨに等しくしたときのシミュレーション結果を示しており、符号１６は、図６に示すような直角形状のコーナ部９２０を用いたときの結果を示している。

　内面の曲率半径Ｒ１が高さＨに略等しいコーナ部１１３を有する本実施形態の広覆域レーダ装置１００に比べて、直角形状のコーナ部を有するレドームを装着したレーダ装置では、図５（ａ）の符号１６で示すように和パターンが非対称になっている。また、図５（ｂ）に示す差パターンでも、直角形状のコーナ部での反射波がパターンに重畳してナル近傍領域で多数のリップルが生じている。和パターンや差パターンに非対称性やリップルが重畳すると、レーダ装置として重要な測角機能に重大な影響を与えることになる。上記に示すように、コーナ部１１３内面の曲率半径Ｒ１を上蓋部１１１の高さＨに略等しくしたレドーム１１０を備える本実施形態の広覆域レーダ装置１００では、好適な放射パターンが得られることから高い精度で測角を行うことが可能となる。

　（第２実施形態）
　本発明の第２の実施形態に係る広覆域レーダ装置を、図７を用いて説明する。図７は、本実施形態の広覆域レーダ装置２００の構成を示す断面図である。本実施形態の広覆域レーダ装置２００は、第１実施形態のレドーム１１０と形状が異なるレドーム２１０を備えている。

　位相比較モノパルス方式による測角で用いるディスクリカーブの特性が、レドームによりどの程度変化するかを図８を用いて説明する。図８は、ディスクリカーブの一例を示しており、符号２０はレドームが装着されていないとき、符号２１は図２に示した従来のレドーム９１０が装着されたとき、のそれぞれのディスクリカーブを示している。なお、ここではレドーム９１０の厚みを２．８ｍｍとしている。同図より、レドームが装着されていないときは±７５°の測角が可能となるが、広覆域な放射パターンに対する配慮がなされていないレドーム９１０を装着すると測角範囲が±５０°程度まで大幅に劣化することがわかる。これは、図３を用いて説明したレドームの影響が、モノパルス測角を行うためのディスクリカーブ上に現れていることを示している。

　そこで、レドームがディスクリカーブに与える影響を低減するために、本実施形態の広覆域レーダ装置２００では、コーナ部の厚みを変えて偏肉構造としたレドーム２１０を備える構成としている。レドーム２１０は、上蓋部２１１、側壁部２１２、及びコーナ部２１３で構成されている。図７において、符号Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３はそれぞれ受信用アンテナ１０２、１０３及び送信用アンテナ１０４の中心位置を示している。受信用アンテナへの入射角をθとするとき、コーナ部２１３の偏肉構造は、内面の曲率半径Ｒ１に対して外面の曲率半径Ｒ２が、Ｈ＋β（θ）・ｄｔ≦Ｒ２＜１．３Ｈ＋β（θ）・ｄｔとなるように形成できる。また、３ｒ₀≪Ｈの領域では、Ｒ２≒Ｒ１＋β（θ）・ｄｔとなるように形成することで実現できる。ここでβ（θ）は、コーナ部２１３が好適な偏肉構造となるように作成した入射角θの関数である。

　側壁部２１２及びコーナ部２１３の構造の一例を、図９を用いて説明する。図９は、受信用アンテナ１０２、１０３側のコーナ部２１３の偏肉構造の一例を説明するための拡大断面図である。図９において、上蓋部２１１の外面及び内面を示す実線をそれぞれ符号３１、３２で示す。また、上蓋部２１１の好適な厚みをｄｔとし、これと同じ厚みｄｔで側壁部２１２及びコーナ部２１３を形成したとしたときのそれぞれの外面を一点鎖線３３で示し、内面を実線３４で示す。上蓋部２１１の外面及び内面を示す実線３１、３２は、それぞれ一点鎖線３３及び実線３４に対する接線となっており、それぞれ接点Ｊ１、Ｊ２で接続されている。さらに、一点鎖線３３及び実線３４の側壁部２１２側の端点を、それぞれ符号Ｋ１、Ｋ２で示す。

　接点Ｊ１、Ｊ２を通る線が基板１０１に垂直に交わる点をＪ０とすると、Ｊ０は一点鎖線３３及び実線３４の曲率半径の中心となっている。これに対し、受信用アンテナ１０２と１０３の中心をＰ０とすると、点Ｐ０は点Ｊ０から基板１０１の中央側にずれている。そのため、コーナ部２１３の外面が一点鎖線３３の位置にあるとすると、受信用アンテナ１０２、１０３の中心Ｐ０に対して入射角θで入射する電波のコーナ部２１３の透過長（Ｌとする）が最適な厚みｄｔと異なる厚みとなり、かつ入射角θによって異なってしまう。その結果、コーナ部２１３を透過する方向からの受信特性が劣化して所望の広覆域の測角が行えなくなってしまう。

　そこで、本実施形態の広覆域レーダ装置２００では、コーナ部２１３の透過長Ｌの入射角θによる変化が結果的に最適となるように、コーナ部２１３を偏肉構造としている。コーナ部２１３を偏肉構造にする方法として、本実施形態では、コーナ部２１３及び側壁部２１２の内面を示す実線３４を固定したまま、コーナ部２１３及び側壁部２１２の外面を示す一点鎖線３３を、図９の符号３３'で示す実線の位置まで基板１０１の中央側に平行移動する。これにより、接点Ｊ１は接点Ｊ１'の位置に平行移動し、端点Ｋ１は端点Ｋ１'の位置に平行移動する。このときの側壁部２１２の厚みをｄｓｉとすると、厚みｄｓｉは最適な厚みｄｔより平行移動した分だけ薄くなる（ｄｓｉ＜ｄｔ）。コーナ部２１３の偏肉構造を決定する関数β（θ）は、コーナ部２１３の外面が符号３３'で示す実線上に位置するように作成される。

　一点鎖線３３を実線３３'まで平行移動したとき、
　　｜Ｋ１'－Ｋ１｜＝｜Ｊ１'－Ｊ１｜
が満たされていることから、実線３３'の曲線部分の曲率半径は一点鎖線３３の曲線部分の曲率半径と同じである。上記のように、コーナ部２１３及び側壁部２１２の厚みを最適な厚みｄｔより薄くして偏肉構造とすることで、電波の入射角θの変化に対してコーナ部２１３の透過長Ｌの平均値をレドーム２１０の最適な厚みｄｔに近づけることが可能となる。

　コーナ部２１３を偏肉構造としたとき、レドーム２１０の透過長Ｌが入射角θによりどのように変化するかを算出した結果の一例を図１０に示す。ここでは、好適な厚みｄｔを３．２ｍｍとし、偏肉構造としないで厚みを一様としたときの結果を符号４０で示し、厚みｄｓｉを２．８ｍｍとしたとき及び２．６ｍｍとしたときのそれぞれの結果を符号４１、４２で示している。厚みを一様としたときは、透過長Ｌはどの入射角θでも好適な厚みｄｔより薄くなることはなく、透過長Ｌの平均値は好適な厚みｄｔより厚くなる。厚みｄｓｉ＝２．８ｍｍとしたときに透過長Ｌの平均値が好適な厚みｄｔに最も近くなり、厚みｄｓｉ＝２．６ｍｍとさらに薄くすると、透過長Ｌの平均値が好適な厚みｄｔより小さくなってしまう。

　本実施形態の広覆域レーダ装置２００は、レドーム２１０を偏肉構造とし、コーナ部２１３及び側壁部２１２の厚みを上記のようにして好適にすることで、広覆域なディスクリカーブが得られるようにしている。これにより、広覆域な測角が可能となる。本実施形態の広覆域レーダ装置２００で得られるディスクリカーブの実測値の一例を図１１に示す。ここでは、ｄｔ＝３．２ｍｍ、ｄｓｉ＝２．８ｍｍとしたときのディスクリカーブを符号４５で示し、比較例としてレドームを設けないときのディスクリカーブを符号４６で示している。同図より、広覆域レーダ装置２００では測角可能範囲が±６５°まで得られており、図８に示した広覆域な放射パターンに対する配慮がなされていないレドーム９１０を装着したときの測角可能範囲±５０°に比べて大幅に改善されている。

　（第３実施形態）
　本発明の第３の実施形態に係る広覆域レーダ装置を、図１２を用いて説明する。図１２は、本実施形態の広覆域レーダ装置３００の構成を示す断面図である。本実施形態の広覆域レーダ装置３００は、第２実施形態のレドーム２１０の上蓋部２１１の一部に所定形状の窪み部を形成したレドーム３１０を備えている。

　広覆域レーダ装置３００は、レドーム３１０が上蓋部３１１、側壁部２１２、及びコーナ部２１３で構成されており、側壁部２１２が第２実施形態と同様の偏肉構造となっている。これに加えて本実施形態では、上蓋部３１１がさらに第１上蓋部３１１ａ、第２上蓋部３１１ｂ及び第３上蓋部３１１ｃからなる構成としている。第１上蓋部３１１ａ、第２上蓋部３１１ｂ及び第３上蓋部３１１ｃは、上蓋部３１１の中央部から端部に向けて順に形成されている。

　図１２において、レドーム３１０の左右両側にある第３上蓋部３１１ｃは、受信用アンテナ１０２、１０３及び送信用アンテナ１０４の放射面に対向する位置にあり、Ｑ１、Ｑ２は第３上蓋部３１１ｃの両端の位置を示している。受信用アンテナ１０２、１０３の上部に位置する第３上蓋部３１１ｃの両端位置Ｑ１、Ｑ２は、受信用アンテナ１０２、１０３のそれぞれの中心Ｐ１、Ｐ２から等距離にあり、受信用アンテナ１０２、１０３の中心Ｐ０を通る基板１０１に垂直な面に対して対称な位置にある。受信用アンテナ１０２、１０３の上部に位置する第３上蓋部３１１ｃが受信用アンテナ１０２、１０３に対して上記のような対称性を有することが、広覆域レーダ装置３００の放射パターンの対称性を維持する上で重要となる。同様に送信用アンテナ１０４でも、送信用アンテナ１０４と対向する図面右側の位置にある第３上蓋部３１１ｃの左右両端と送信用アンテナ１０４とが等距離にあり、送信用アンテナ１０４の中心Ｐ３を通る基板１０１に垂直な面に対して第３上蓋部３１１ｃが対称となっている。

　第２実施形態では、受信用アンテナ１０２に対する電磁波的対称性を高めるために、受信用アンテナ１０２に近接する側壁部２１２を偏肉構造とした。本実施形態では、これに加えて受信用アンテナ１０３に対する電磁波的対称性を高めるために、上蓋部３１１の一部、すなわち第２上蓋部３１１ｂをテーパ形状としており、受信アンテナ１０２、１０３を中心にその左右両側に偏肉構造を設けている。本実施形態の広覆域レーダ装置３００では、レドーム３１０を上記のような２つの偏肉構造を有する構成とすることでディスクリカーブの広覆域性を実現している。

　図１２において、第２上蓋部３１１ｂは第３上蓋部３１１ｃとの境界である点Ｑ２から第１上蓋部３１１ａとの境界までの長さＷだけテーパ状に形成されている。第１上蓋部３１１ａは好適な厚みｄｔより小さい厚みｄｃｈで一様に形成されており、第２上蓋部３１１ｂは点Ｑ１における厚みｄｔから第１上蓋部３１１ａとの境界における厚みｄｃｈまで徐々に厚みが薄くなるように形成されている。これにより、上蓋部３１１の中央部に逆台形形状の窪み部が形成される。

　第２実施形態で説明した図１０と同様に、受信用アンテナ１０２の中心Ｐ１を基準として、入射角度θに対応するレドーム透過長Ｌを、厚みｄｃｈをパラメータとして算出した結果を図１３に示す。図１３では、入射角が－１００°から１００°までの範囲の透過長Ｌを示しているが、このうち－１００°＜θ＜０°は図１０に示した結果を再掲している。同図では、好適な厚みｄｔ及び側壁部２１２の厚みｄｓｉを図１０で用いたものと同じ値のそれぞれ３．２ｍｍ及び２．８ｍｍとし、厚みｄｃｈを１．２ｍｍ、２．７ｍｍに変化させたとき、及び一様に３．２ｍｍとしたときのレドーム透過長Ｌを、それぞれ符号５０、５１、５２で示している。同図に示すように、厚みｄｃｈを厚くしていくにつれて入射角θに対する透過長Ｌの増加率（勾配）を破線矢印のように順次滑らかに大きくしていくことができる。これより、試行錯誤的ではあるが入射角に対する透過長の変化が放射パターンの乱れを低減するように厚みｄｃｈを実験的に決定することができる。

　図１２に示す側壁部２１２の厚みｄｓｉを２．８ｍｍとしてコーナ部２１３を偏肉構造とし、第１上蓋部３１１ａの厚みｄｃｈを１．２ｍｍ及び２．７ｍｍとする偏肉構造としたときのディスクリカーブの解析結果を図１４に示す。同図において、厚みｄｃｈを１．２ｍｍとしたときのディスクリカーブを符号５０で示し、２．７ｍｍとしたときのディスクリカーブを符号５１で示している。また、比較のためにレドームを載置しないときのディスクリカーブを符号５３で示し、レドームの厚みを一様に３．２ｍｍとしたときのディスクリカーブを符号５２で示している。

　図１４より、厚みｄｃｈを変化させることにより、ディスクリカーブの勾配や形状を系統的に変化させることができることがわかる。よって、厚みｄｃｈを順次変化させることで所望の広覆域なディスクリカーブを求めることができる。図１１に示した実測結果を基本に、かつレドームを載置しないで基板単体としたときのディスクリカーブの左右対称性がレドーム３１０を載置しても大幅に崩れないことを勘案すると、図１４に示す解析結果から実動作状態での厚みｄｃｈの最適値を推定すると、２．７ｍｍに近い大きさとしたときに好適な対称性を有するディスクリカーブが得られると考えられる。

　上記の結果に従って、ｄｃｈ＝２．７ｍｍとするレドーム３１０を広覆域レーダ装置３００に採用し、これを用いてディスクリカーブを実測した結果を図１５に示す。同図において、ｄｃｈ＝２．７ｍｍとしたときのディスクリカーブを符号５５で、ｄｃｈ＝２．５ｍｍとしたときのディスクリカーブを符号５６で、及びレドームを載置しないときのディスクリカーブを符号５７で、それぞれ示している。同図より、受信信号のＳ／Ｎが十分得られるときには、ｄｃｈ＝２．７ｍｍあるいは２．５ｍｍとすることで測角範囲が－６７°～７５°まで可能となり、広覆域な測角が可能になることがわかる。

　本実施形態のレドーム３１０は、コーナ部２１３を偏肉構造とするとともに、上蓋部３１１に厚みの薄い第１上蓋部３１１ａとその両側にテーパ形状の第２上蓋部３１１ｂを設けることで別の偏肉構造としている。すなわち、上蓋部３１１に第１上蓋部３１１ａと第２上蓋部３１１ｂで形成された逆台形形状の窪み部を形成することで、上蓋部３１１を別の偏肉構造としている。このような２つの偏肉構造を有するレドーム３１０を用いることで、上記説明のように好適なディスクリカーブが得られた。これに加えて、レドーム３１０を用いることで受信用アンテナ１０２、１０３と送信用アンテナ１０４との間のアイソレーションを改善することが可能となっている。

　受信用アンテナ１０２、１０３と送信用アンテナ１０４との間のアイソレーションの解析結果を図１６に示し、測定結果を図１７に示す。図１６では、ｄｃｈ＝２．７ｍｍとしたときのアイソレーションの解析結果を符号６０で、ｄｃｈ＝１．２ｍｍとしたときの解析結果を符号６１で、及びレドームを載置しないときの解析結果を符号６２で、それぞれ示している。また、図１７に示すアイソレーションの実測結果では、ｄｃｈ＝１．２ｍｍに代えてｄｃｈ＝２．５ｍｍとしたときの実測結果を符号６３で示している。

　図１６、１７に示すように、周波数２６．５ＧＨｚ近傍では、レドームを載置しない場合に比べてｄｃｈ＝２．７ｍｍ、２．５ｍｍ、１．２ｍｍのいずれのレドームを載置した場合もアイソレーションが改善されている。このように、２つの偏肉構造を有するレドーム３１０を用いることでアイソレーションが改善される理由を以下に説明する。基板１０１上にレドーム３１０を載置すると、送信用アンテナ１０４あるいは受信用アンテナ１０２、１０３から放射される電磁波が、それぞれに近接するコーナ部２１３や第２上蓋部３１１ｂのテーパ形状により透過および反射を繰り返す。その際、特に反射波が電磁波的に対称に放射元の送信用アンテナあるいは受信用アンテナ自身に帰される幾何学的な構造にしていることにより、反射波が他方の受信用アンテナあるいは送信用アンテナ側に漏洩する量を低減することができる。

　上記説明のように、２つの偏肉構造を有するレドーム３１０を備えた広覆域レーダ装置３００では、測角覆域の広角化を可能にするディスクリカーブを実現することができる。また、受信用アンテナ１０２、１０３と送信用アンテナ１０４との間のアイソレーションが改善されることから、特に近距離の対象物を高精度に検出することが可能となる。

　なお、本実施の形態における記述は、本発明に係る広覆域レーダ装置の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における広覆域レーダ装置の細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１００、２００、３００　　広覆域レーダ装置
１０１　　基板
１０２、１０３　　受信用アンテナ
１０４　　送信用アンテナ
１１０、２１０、３１０　　レドーム
１１１、２１１、３１１　　上蓋部
１１２、２１２　　壁部
１１３、２１３　　コーナ部
３１１ａ　　第１上蓋部
３１１ｂ　　第２上蓋部
３１１ｃ　　第３上蓋部

Claims

　高周波信号を送受信して所定の角度範囲の対象物を検知する広覆域レーダ装置であって、
　送受信機能を有するマイクロ波集積回路基板（以下ＭＩＣ基板と称する）と、
　前記ＭＩＣ基板の対向する２つの端部に近接して配置される送信用アンテナ及び受信用アンテナと、
　前記ＭＩＣ基板、前記送信用アンテナ、及び前記受信用アンテナを覆うレドームと、を備え、
　前記レドームは、前記ＭＩＣ基板に対向する上蓋部と、前記ＭＩＣ基板の外周を囲む外壁部と、前記上蓋部と前記外壁部とを所定の曲率半径の曲面で接続するコーナ部と、を有し、
　前記ＭＩＣ基板から前記上蓋部の内面までの高さをＨとし、少なくとも前記送信用アンテナ及び受信用アンテナの放射面に対向する位置の前記上蓋部の好適な厚みをｄｔとし、前記コーナ部の内面の曲率半径をＲ１とするとき、Ｈ≦Ｒ１＜１．３Ｈを満たすように前記レドームが形成されている
ことを特徴とする広覆域レーダ装置。
　前記コーナ部の外面の曲率半径をＲ２とするとき、Ｈ＋ｄｔ≦Ｒ２＜１．３Ｈ＋ｄｔを満たすように前記レドームが形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の広覆域レーダ装置。
　前記受信用アンテナに入射する電磁波の天頂方向からの角度である入射角をθとし、β（θ）を入射角θの所定の関数とするとき、
　前記関数β（θ）が、０°≦θ≦９０°の範囲で１≧β（θ）＞０となって少なくともθ＝０°のときβ（θ）＝１を満たし、
　前記コーナ部の外面の曲率半径Ｒ２が、Ｈ＋β（θ）・ｄｔ≦Ｒ２＜１．３Ｈ＋β（θ）・ｄｔを満たすように形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の広覆域レーダ装置。
　前記関数β（θ）は、前記コーナ部が前記好適な厚みｄｔで一定に形成されたときの外面を所定距離だけ内面側に平行移動させたときの外面の曲率半径となるように作成されている
ことを特徴とする請求項３に記載の広覆域レーダ装置。
　前記コーナ部の内部を透過する長さである透過長を前記コーナ部を透過する入射角θの範囲で平均化した平均透過長が前記好適な厚みｄｔに略等しく、
前記ｄｔは次式

で定められる
ことを特徴とする請求項３または４に記載の広覆域レーダ装置。
　前記上蓋部は、中央部に位置する第１上蓋部と、前記送信用アンテナ及び前記受信用アンテナの放射面にそれぞれ対向する第３上蓋部と、前記第１上蓋部と前記第３上蓋部との間に位置する第２上蓋部とからなり、前記第２上蓋部と前記第１上蓋部とで所定の窪み部が形成されている
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の広覆域レーダ装置。
　前記第２上蓋部がテーパ形状に形成され、前記窪み部が逆台形形状に形成されている
ことを特徴とする請求項６に記載の広覆域レーダ装置。
　前記受信用アンテナの放射面に対向する前記第３上蓋部は、前記受信アンテナの中心を通る前記ＭＩＣ基板に垂直な面に対して対称となるように形成されている
ことを特徴とする請求項６または７に記載の広覆域レーダ装置。