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公開番号2021010060
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210128
出願番号2019121675
出願日20190628
発明の名称レーダ装置
出願人株式会社SOKEN,株式会社デンソー
代理人名古屋国際特許業務法人
主分類H01Q 1/52 20060101AFI20201225BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】レーダの方位検知誤差を低減する新規な構造のレーダ装置を提供する。
【解決手段】レーダ装置1は、アンテナ部2と、レドーム4と、筐体3と、を備える。アンテナ部2は、電波を放射する1つ以上のアンテナ22が設置されたアンテナ面23を有する。レドーム4は、アンテナ部2が放射する電波を透過する材料で形成され、アンテナ面23に対向配置される。筐体3は、レドーム4と共にアンテナ部2を収納する空間を形成する。アンテナ面23を囲い、かつレドーム4と接触する筐体の周縁部の少なくとも一部に、アンテナ面23に沿ってレドーム4より外側に向けて突出した障壁部11を有する。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項1】
電波を放射する1つ以上のアンテナが設置されたアンテナ面を有するアンテナ部(2)と、
前記アンテナ部が放射する電波を透過する材料で形成され、前記アンテナ面に対向配置されるレドーム(4、4a、4c)と、
前記レドームと共に前記アンテナ部を収納する空間を形成する筐体(3、3b)と、
を備え、
前記アンテナ面を囲い、かつ前記レドームと接触する前記筐体の周縁部の少なくとも一部に、前記アンテナ面に沿って前記レドームより外側に向けて突出した障壁部(32)を有する
レーダ装置。
続きを表示(約 1,000 文字)【請求項2】
請求項1に記載のレーダ装置であって、
前記アンテナ面を境界として前記アンテナ部が電波を放射する側を正面側、該正面側とは反対側を背面側とし、
前記レドームは、比誘電率が1より大きい材料で形成され、
前記障壁部は、前記レドームの周縁部から前記背面側に向けて放射されるレーダ波の少なくとも一部を遮る位置に設けられた
レーダ装置。
【請求項3】
請求項2に記載のレーダ装置であって、
前記障壁部が、当該レーダ装置における方位検知方向の両端に設けられた
レーダ装置。
【請求項4】
請求項3に記載のレーダ装置であって、
前記アンテナ部は、前記アンテナ面の法線方向を0°とし、前記方位検知方向に沿って少なくとも±60°の範囲に電波を照射するように構成された
レーダ装置。
【請求項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、
前記障壁部の前記レドームからの突出長が、前記アンテナ部が送受信する電波の波長の1/4以下に設定された
レーダ装置。
【請求項6】
請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載のレーダ装置であって、
前記レドームは、
前記アンテナ面に対向配置される板状部(41)と、
前記板状部の周縁に設けられ、前記筐体に固定される筒状部(42)と、
を備え、
前記板状部は、レドーム内波長の1/2の板厚を有し、
前記レドーム内波長は、前記アンテナ部で送受信される電波の前記レドーム内での波長である
レーダ装置。
【請求項7】
請求項6に記載のレーダ装置であって、
前記板状部は、該板状部の周縁に近づくほど板厚が薄くなる傾斜部(44)を有する
レーダ装置。
【請求項8】
請求項7に記載のレーダ装置であって、
前記傾斜部は、前記アンテナ面に対向する内側面が前記アンテナ面と平行に形成され、前記内側面とは反対側の外側面が前記内側面に対して傾斜するように形成された
レーダ装置。
【請求項9】
請求項1から請求項8までのいずれか1項に記載のレーダ装置であって、
前記障壁部または該障壁部を有する前記筐体の側面に、前記アンテナ部にて送受信される電波の波長の1/4の深さを有するチョーク溝(33)が形成された
レーダ装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示は、レーダ装置に関する。
続きを表示(約 6,000 文字)【背景技術】
【0002】
車両の自動運転や衝突防止などを目的として使用されるミリ波レーダが知られている。ミリ波レーダは、電波を照射し、照射した電波が物体にて反射した反射波を検出して、所定の検知エリア内における物体の存在やその物体までの距離を検知するためのレーダである。
【0003】
ミリ波レーダの性能は、車両に搭載して評価すると、レーダ単体で評価したときと比較して劣化する。これは、検知エリアから外れたり意図しない領域に回り込んだりした電波である不要波が、干渉波となってレーダ波の位相を乱し、物体の方位検出に誤差を生じさせることによって生じる。主要な不要波としては、バンパからの反射波が知られている。
【0004】
特許文献1には、レーダ装置のハウジングに、電磁波を吸収する材料にて形成された吸収要素を設けることで、不要波の多重反射を抑制して誤差を低減する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
特表2015−507738号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
前述したレーダ装置では、吸収要素をレーダ装置とは別に設置する必要があるため、製造コストが上昇するという問題があった。また、バンパからの反射波だけでなく、レーダ背面へ放射される不要波も、車両のボディで反射することによって干渉波となり、方位検出誤差を生じさせる要因となるという新たな課題を見出した。
【0007】
本開示の一態様では、レーダの方位検知誤差を低減する新規な構造のレーダ装置を提供することが好ましい。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本開示の一態様は、レーダ装置であって、アンテナ部(2)と、レドーム(4、4a、4c)と、筐体(3、3b)と、を備える。アンテナ部は、電波を放射する1つ以上のアンテナが設置されたアンテナ面を有する。レドームは、アンテナ部が放射する電波を透過する材料で形成され、アンテナ面に対向配置される。筐体は、レドームと共にアンテナ部を収納する空間を形成する。アンテナ面を囲い、かつレドームと接触する筐体の周縁部の少なくとも一部に、アンテナ面に沿ってレドームより外側に向けて突出した障壁部(32)を有する。
【0009】
このような構成によれば、障壁部を備えることにより、レドーム内を伝搬しレドームの周縁部から放射される不要波が、レーダ装置の背面に向かうこと、ひいては、背面に向かう不要波が干渉波となって方位検知に誤差を生じさせることを抑制できる。また、方位検知誤差の低減に、電波の吸収要素等を設ける必要がないため、製造コストも低減できる。
【0010】
なお、障壁部からの反射波も干渉波となり得るが、その影響はレーダ装置単体の設計にて対応することができるため、取り付けた環境に応じて変化し、事前の対処が困難な背面への放射波による影響と比較して、方位検知誤差を容易に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
第1実施形態のレーダ装置を示す平面図である。
第1実施形態のレーダ装置においてレドームを外した状態の平面図である。
図1におけるIII−III線での断面図である。
図1におけるIV−IV線での断面図である。
方位検知精度の改善効果を示すグラフである。
指向性の改善効果を示すグラフである。
遮蔽面の幅と背面放射電力との関係を示すグラフである。
溝の深さと背面放射電力との関係を示すグラフである。
第2実施形態のレーダ装置を示す平面図である。
図9におけるX−X線での断面図である。
第3実施形態のレーダ装置を示す平面図である。
図11におけるXII−XII線での断面図である。
第4実施形態のレーダ装置を示す平面図である。
図13におけるXIV−XIV線での断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
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.第1実施形態]
[1−1.構成]
以下、本開示の例示的な実施形態について図面を参照しながら説明する。
【0013】
本実施形態のレーダ装置1は、車両に搭載され、放射波を送信し、当該放射波が物体にて反射した反射波を受信する。放射波は、あらかじめ定められた周波数の電波であり、例えばミリ波が用いられる。レーダ装置1は、放射波および反射波を送受信する送受信回路、周囲の物体の情報を取得するために送受信回路にて受信した受信信号を処理する信号処理部等を備えてもよい。レーダ装置1は、例えば、車両のバンパの内部に設置され、車両の周囲に存在する様々な物体を検知する。
【0014】
図1〜図4に示すように、レーダ装置1は、アンテナ部2と、筐体3と、レドーム4と、を備える。なお、レーダ装置1は、バンパ内において、車両のボディ5の一部である金属製の板面に固定される。
【0015】
アンテナ部2は、長方形状のアンテナ基板21を備える。アンテナ基板21の両面のうち、一方の面には、電波を送受信する複数のアンテナ素子22が設けられる。以下、アンテナ素子22が形成されたアンテナ基板21の面をアンテナ面23という。
【0016】
ここで、アンテナ基板21の長辺方向をx軸方向、短辺方向をy軸方向とし、アンテナ面23に対して垂直な軸方向をz軸方向とする。以下では、このxyz三次元座標軸を適宜用いて説明する。但し、アンテナ面23を境界として放射波が放射される側がz軸のプラス側であり、その反対側がz軸のマイナス側である。そして、z軸のプラス側をアンテナ正面側、z軸のマイナス側をアンテナ背面側ともいう。
【0017】
アンテナ素子22は、x軸方向およびy軸方向に沿ってそれぞれ複数個が2次元的に配列される。そして、y軸方向に沿って1列に配置された複数のアンテナ素子22が、それぞれ、一つのアレーアンテナ(以下、単位アンテナ)として機能する。つまり、アンテナ部2は、複数の単位アンテナがx軸方向に沿って配列された構造を有する。複数の単位アンテナは、いずれか1つが送信アンテナとして使用され、それ以外は受信アンテナとして使用される。つまり、レーダ装置1では、単位アンテナの配列方向であるx軸方向が方位検知方向となる。
【0018】
但し、送信アンテナおよび受信アンテナの態様はこれに限定されるものではなく、送信アンテナとして使用される単位アンテナ、および受信アンテナとして使用される単位アンテナの数および配置は、任意に設定できる。また、すべての単位アンテナが送信アンテナとして使用されてもよいし、すべての単位アンテナが受信アンテナとして使用されてもよい。
【0019】
筐体3は、金属材料によって構成され、直方体状の外観を有し、レドーム4と共にアンテナ部2を収納する空間を形成する。筐体3は、一つの面にアンテナ部2を収納するための凹部である筐体凹部31が設けられる。筐体凹部31の深さは、アンテナ基板21の厚さと同じ大きさに設定される。アンテナ部2は、アンテナ基板21のアンテナ面23とは反対側の面が筐体凹部31の底面に接するように固定される。これにより、筐体3が、アンテナ部2のグランドパターンとして作用する。また、アンテナ部2は、アンテナ基板21の厚さ方向に沿った面である側面と、筐体凹部31の内側面との間に、レドーム4の固定に使用される隙間が形成されるように、筐体凹部31内に固定される。また、筐体3は、筐体凹部31が形成された面とは反対側の面がボディ5への固定面とされる。
【0020】
なお、アンテナ部2が送受信する電波の波長をλとして、筐体凹部31を囲う筐体縁部32の幅Lは、L≦λ/4、且つ、筐体3として必要な強度が確保される大きさに設定される。
【0021】
以下では、アンテナ基板21が筐体凹部31に取り付けられたレーダ装置1に対しても、アンテナ基板21のxyz軸方向を適用する。
筐体3においてx軸方向(すなわち、方位検知方向)の両端に位置する二つの側壁には、それぞれ、y軸方向に沿って延びる溝であるチョーク溝33が設けられる。チョーク溝33の深さDはD=λ/4に設定される。但し、厳密にD=λ/4である必要はなく、±25%以内程度のずれがあってもよい。
【0022】
レドーム4は、直方体状の外形を有し、その一面が開口した箱型の形状を有する。つまり、レドーム4は、長方形の筒状に形成された筒状部42と、筒状部42の一方の開口を塞ぐように配置された板状部41とを有する。レドーム4は、アンテナ部2にて送受信される電波を低損失で透過させる誘電体により形成される。但し、誘電体の比誘電率は1より大である。レドーム4において、アンテナ基板21のアンテナ面23に対向する部位である板状部41の厚さは、レドーム内波長をλgとして、λg/2に設定される。但し、レドーム内波長とは、アンテナ部2にて送受信される電波がレドーム4内を伝搬するときの波長をいう。
【0023】
レドーム4は、筒状部42の開口側が筐体凹部31の周囲に固定されることで、筐体凹部31を覆い、筐体凹部31に収納されたアンテナ部2のアンテナ面23を保護する。但し、レドーム4は、x軸方向(すなわち、方位検知方向)の両端部では、図4に示すように、筒状部42の外壁面が筐体凹部31の内壁面に接触し、y軸方向の両端部では、図3に示すように、筒状部42の内壁面が筐体3の外壁面に接触した状態で固定される。つまり、レーダ装置1のy軸方向の両端部では、レドーム4の方が筐体3より外側に突出し、レーダ装置1のx軸方向の両端部では、レドーム4より筐体3の方が、筐体縁部32の分だけ外側に突出する。以下では、筐体縁部32のうち、x軸方向の両端部にてレドーム4より突出した部分を障壁部11という。障壁部11の幅(すなわち、レドーム4からの突出長)は、筐体縁部32の幅Lと同じ大きさとなる。
【0024】
このように構成されたレーダ装置1は、y軸方向が車高方向と一致し、x軸方向が水平方向と一致し、z軸方向が検知エリアの中心方向と一致するように車両に固定される。検知エリアとは、アンテナ面23の中央を原点として、x−z平面内においてアンテナ面23の法線方向、すなわちz軸方向を0°とする所定角度範囲のエリアである。所定角度範囲は、例えば、−60°〜+60°に設定され、これより広く設定されてもよい。検知エリアの外に放射される放射波を不要波という。
【0025】
[1−2.作用]
レーダ装置1では、アンテナ部2から放射された放射波は、レドーム4を介して外部に放射される。放射波の一部は、レドーム4の二つの境界面で反射されるが、レドーム4の厚さがλg/2に設定されているため、内側面での反射波と外側面での反射波との位相が打ち消しあい、レドーム4からアンテナ部2に向かう反射波が抑制される。また、放射波の一部は、レドーム4内で多重反射しながら外部に放射される。そして、レドーム4の端部からは、様々な方向に放射され、レーダ装置1の背面方向にも放射される。背面方向に放射される不要波は、ボディ5で反射して前方に向けて放射され、検知エリア内に放射される放射波と干渉することによって方位検知に誤差を生じさせる。特に、ボディ5に対してz軸に近い角度(以下、急角度)で入射される不要波の影響が大きい。
【0026】
レーダ装置1では、方位検知方向の両端部に設けられた障壁部11が、このような急角度でボディ5に向かう不要波を反射する。また、チョーク溝33は、急角度でボディ5に入射し、筐体3の側壁近くを通過する不要波を打ち消すように作用する。つまり、チョーク溝33からの反射波は、チョーク溝33への入射波とは位相が180°ずれるため、不要波を打ち消す作用を有する。
【0027】
[1−3.効果]
以上詳述した第1実施形態によれば、以下の効果を奏する。
(1a)レーダ装置1によれば、障壁部11を備えることにより、車両への実装前には予測することが困難なボディ5で反射した不要波に基づく干渉波を抑制でき、ひいては不要波を原因として生じる方位検知誤差を抑制できる。なお、障壁部11からの反射波も方位検知誤差を発生させる要因となるが、障壁部11はレーダ装置1の一部であるため、レーダ装置1単体の設計時に対策を立てることができる。
【0028】
(1b)レーダ装置1によれば、電波の吸収要素等を設けることなく、方位検知誤差を低減させることができるため、製造コストを削減できる。
(1c)レーダ装置1によれば、チョーク溝33を備えることにより、障壁部11では反射されずにボディ5に向かう不要波の一部を打ち消すことができるため、不要波を原因として生じる方位検知誤差を、更に抑制できる。
【0029】
[1−4.測定]
図5は、アンテナ部2で取得される信号に基づき、−40°〜+40°の範囲で方位検知の誤差をシミュレーションによって算出した結果を示す。実線が本開示の実施例であり、破線が比較例である。実施例では、λ=12.4mm、L=λ/4、D=λ/4とした。また、比較例は、方位検知方向であるx軸方向でも、y軸方向と同様に、レドーム4の方が筐体3より外側に位置するように構成することで、障壁部11が存在しない構造とし、更に、チョーク溝33も存在しない構造とした。
【0030】
実施例および比較例のいずれも、±10°を超えるあたりから誤差が増大する。但し、実施例の方が、方位検知誤差の抑制効果が大きいことがわかる。
図6は、アンテナ部2の指向性を測定した結果を示す。実施例では比較例と比較して、±90°以上の方位、すなわち背面方向での利得が抑制されること、つまり、ボディ5で反射する不要波が抑制されることがわかる。
(【0031】以降は省略されています)

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