WO2005114786A1 - アンテナ装置およびこれを用いたレーダ装置 - Google Patents

Abstract

　一次放射器（１）は、アンテナ装置の正面方向に平行な方向に延びる円筒形導波管で形成された伝送部（１２）と、前記正面方向に垂直な方向に延びる矩形ホーン形状の放射部（１１）とからなる。また、一次放射器（１）の伝送部（１２）の放射部（１１）が接続されていない側に端部は、伝送部（１２）と延びる方向の中心軸が一致する導波管（５）にロータリージョイント（３）により回転可能に接続されている。リフレクタ（２）は、一次放射器（１）の回転軸を中心とした円を回転軸方向に沿って徐々に径を変化させて形成した椀状からなり、一次放射器（１）の全周方向に反射面を備える。そして、リフレクタ（２）は、所定の指向性を得るように一次放射器（１）に対して所定の姿勢で配置されている。

Description

明 細 書

アンテナ装置およびこれを用いたレーダ装置

技術分野

[0001] この発明は、機械的に一次放射器を回転させながら信号を放射してリフレクタにより 所定方向に反射することでビーム形成を行うアンテナ装置、およびこれを用いてビー ム送信方向の物標を探知するレーダ装置に関するものである。

背景技術

[0002] 従来、車載用レーダ装置は、物標探知用のミリ波信号をビーム形成して探知方向 に送信し、物標からの反射信号 (以下、「物標反射信号」と称す。）を受信して、探知 領域の物標を探知するものである。このようなレーダ装置は、ミリ波信号を所定の放 射面から放射する一次放射器と、該一次放射器から放射されたミリ波信号を探知方 向に反射させたり、探知領域内からの物標反射信号を反射して一次放射器に導くリ フレクタと、を備えている。また、レーダ装置では、所定の幅を有する探知領域内の物 標を探知するために、ミリ波信号のビームを所定方向、例えば、水平方向に走査させ なければならない。このため、従来のレーダ装置では、フェーズドアレイアンテナを用 いて、送信するミリ波信号のビームを電気的に走査する電子スキャン方式や、一次放 射器やリフレクタを回転'移動させることで、送信するミリ波信号のビームを機械的に 走査するメカスキャン方式が用いられて 、る。

[0003] 従来のメカスキャン方式を用いたレーダ装置は、特許文献 1に示すように、ビーム送 信方向に垂直な方向を一次放射器の回転軸方向とし、この回転軸から外側に向け て円周面側に一次放射器が設置されており、さらに、一次放射器が設置された回転 軸力も所定距離離間した位置の所定角度範囲に亘りリフレクタが設置されている。こ のリフレクタの形状は、所望の走査範囲に対してミリ波信号が送信されるように設計さ れている。このようなレーダ装置では、一次放射器から放射された信号をリフレクタで 反射させることで、所定方向に指向性を有する送信ビームを形成する。そして、一次 放射器を回転軸により回転させることで、一次放射器カゝら放射される電波の放射方 向が回転し、リフレクタで反射方向が変化して所定の角度範囲内を走査する所定強 度の送信ビームが形成される。

特許文献 1：特許第 2693497号

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] し力しながら、特許文献 1に示したような従来のメカスキャン方式を用いたレーダ装 置のアンテナ装置では、アンテナ装置の正面方向にビームを形成するためにリフレタ タとアンテナ正面の探知領域との間に一次放射器が存在し、且つ、リフレクタの形状 がー次放射器を中心とした円周面におけるアンテナ装置の正面方向と対向する側の 半円面以下となる。このため、一次放射器がアンテナ装置の正面側に回転すると、す なわち、リフレクタの存在しない側に回転すると、探知領域には一次放射器力も放射 されるミリ波信号が直接伝搬されてビーム形成されないので、信号強度が弱ぐ探知 用信号として用いることができない。このため、一次放射器がリフレクタに対向しない 間の放射信号が無駄となり、一次放射器の利用効率、すなわち放射効率が低下する 。また、この一次放射器がリフレクタ側を向いていない間は探知を行うことができず探 知の効率が低下する

したがって、この発明の目的は、優れた放射効率を有するアンテナ装置とこれを備 え、優れた探知効率を有するレーダ装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0005] この発明は、回転しながら回転軸方向とは異なる方向に信号を放射する一次放射 器と、該一次放射器から放射された信号を反射してアンテナ装置のビーム送信方向 に導き、該ビーム送信方向からの物標反射信号を反射して前記一次放射器に導くリ フレクタとを備えたアンテナ装置において、一次放射器を、回転軸方向とビーム送信 方向とが略一致する姿勢で、且つ一次放射器の放射方向と回転軸方向とが 30° 以 上の角を成す姿勢で配置し、リフレクタを、一次放射器を覆いビーム送信方向を開口 面とする椀状に形成したことを特徴として 、る。

[0006] この構成では、一次放射器カゝら放射される信号の放射方向の中心がアンテナ装置 のビーム送信方向に対して所定角を有し、平行ではない。この放射された信号は、リ フレクタにより反射されてビーム形成されて、ビーム送信方向に伝搬される。この際、 一次放射器の回転軸方向とビーム送信方向とが略平行であり、且つ、リフレクタが一 次放射器の回動軸の円周面力も外部方向の全周に亘り存在するので、一次放射器 の回転角度によらず一次放射器力 放射された信号力 Sビーム形成されて、ビーム送 信方向に伝搬される。

[0007] また、この発明のアンテナ装置は、一次放射器を回転させる回転動力発生手段を 備えたことを特徴としている。

[0008] この構成では、回転動力発生手段により一次放射器を回転させ続けることで、連続 的に一次放射器から信号が放射されてリフレクタで反射されて送信ビームが形成さ れる。すなわち、連続的にビーム送信方向にビームが送信される。

[0009] また、この発明のアンテナ装置は、一次放射器とリフレクタとが内部に設置された筐 体を備えることを特徴として 、る。

[0010] この構成では、筐体を備えることで、アンテナ装置の各部が外部環境力も保護され る。

[0011] また、この発明のアンテナ装置は、筐体とリフレクタとを一体形成したことを特徴とし ている。

[0012] この構成では、リフレクタと筐体とがー体形成であることによりアンテナ装置の構成 要素が減少する。

[0013] また、この発明のレーダ装置は、前述のアンテナ装置と、一次放射器から放射する 信号を生成するとともに、この信号と一次放射器に導かれた物標反射信号とを用い て探知信号を生成する探知信号生成手段と、を備えたことを特徴として 、る。

[0014] この構成では、前述のアンテナ装置を用いることで、連続的に探知用信号の送信ビ ームが形成され、且つ、物標探知信号が連続して受信されるので、所望の探知領域 を連続的に探知するレーダ装置が形成される。

発明の効果

[0015] この発明によれば、リフレクタが一次放射器の回転軸の円周面力 外部方向の全 周に亘り存在するので、一次放射器の回転角度によらず一次放射器カゝら放射された 信号をビーム形成することができる。すなわち、一次放射器の利用効率が向上して、 放射効率に優れるアンテナ装置を構成することができる。 [0016] また、この発明によれば、回転動力発生手段により一次放射器を回転させ続けるこ とで、連続的に一次放射器から信号を放射してビーム形成することができる。すなわ ち、連続的にビーム送信方向に探知用の信号のビームを送信し、放射効率に優れる アンテナ装置を構成することができる。

[0017] また、この発明によれば、筐体を備えることで、アンテナ装置の各構成要素が、外部 環境から保護されるので、優れた放射効率を有するという効果を奏するとともに、耐 久性に優れるアンテナ装置を構成することができる。

[0018] また、この発明によれば、リフレクタと筐体とがー体形成であることにより、アンテナ 装置の構成要素が減少する。これにより、優れた放射効率を有し、さらに耐久性に優 れるという効果を奏するとともに、製造が容易で、安価なアンテナ装置を構成すること ができる。

[0019] また、この発明によれば、前述のアンテナ装置を用いることで、効率良く連続的に 所望の探知領域を探知するレーダ装置を構成することができる。

図面の簡単な説明

[0020] [図 1]第 1の実施形態のアンテナ装置の概略構成を示す外観斜視図である。

[図 2]第 1の実施形態のアンテナ装置の概略構成を示す側面断面図である。

[図 3]—次放射器とリフレクタの相対位置関係を示す側面図である。

[図 4]一次放射器とリフレクタの相対位置関係を示す側面図である。

[図 5]各種一次放射器の形状を示す図である。

[図 6]第 2の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す側面図である。

[図 7]第 3の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す側面図である。

[図 8]第 4の実施形態に係るレーダ装置の概略構成を示すブロック図である。

符号の説明

[0021] 1一一次放射器

11一放射部

12—伝送部

2—リフレクタ

3—ロータリージョイント 4 モータ

5—導波管

100—アンテナ装置

200—サーキユレータ

300—ミキサ

400 力プラ

401 無反射終端器

500-VCO

600-LNA

発明を実施するための最良の形態

[0022] 本発明の第 1の実施形態に係るアンテナ装置について、図 1〜図 5を参照して説明 する。

図 1は本実施形態のアンテナ装置の概略構成を示す外観斜視図である。 また、図 2は本実施形態のアンテナ装置の概略構成を示す側面断面図である。図 1

、図 2において、太実線矢印はアンテナ正面方向を示し、点線矢印はミリ波信号の放 射方向、およびこのミリ波信号力もなる送信ビームの送信方向を示す。

[0023] 図 1、図 2に示すように、アンテナ装置は、一次放射器 1、リフレクタ 2、ロータリージョ イント 3、モータ 4 (本発明の「回転動力発生手段」に相当。）、および導波管 5を備え る。

[0024] 一次放射器 1は、アンテナ装置の正面方向に平行な方向に延びる所定径の円筒 形導波管で形成された伝送部 12と、前記正面方向に垂直な方向に延びる矩形ホー ン形状の放射部 11とからなる。放射部 11は、矩形ホーン形状の開口面積の大きい 側の端面を放射面とし、開口面積の小さい側の端面を伝送部 12への接続面としてい る。そして、放射部 11は伝送部 12の一方端力も所定距離の位置に接続されている。 この際、放射部 11の延びる方向と伝送部 12の延びる方向とが垂直となるように、放 射部 11と伝送部 12とが接続されている。これにより、一次放射器 1の放射部 11の延 びる方向はアンテナ装置の正面方向に垂直な方向となり、一次放射器 1の放射面は アンテナ装置の正面方向に垂直な方向に垂直な面となる。この結果、一次放射器 1 力 放射される信号の放射方向の中心は、アンテナ装置の正面方向に垂直な方向と なる。なお、伝送部 12は、同軸線路や円形誘電体線路で構成しても構わない。

[0025] また、一次放射器 1の伝送部 12の放射部 11が接続されていない側の端部は、伝 送部 12と延びる方向の中心軸が一致する導波管 5にロータリージョイント 3により回転 可能に接続されており、伝送部 12の放射部 11が接続される側の端部には、伝送部 1 2の中心軸を回転軸 Aとして一次放射器 1を回転させるモータ 4が設置されて 、る。こ れにより、一次放射器 1は、アンテナ装置の正面方向（前記回転軸 Aに平行な方向） に対して垂直な方向で、且つ回転角度に応じた方向を中心として信号を放射する。 すなわち、モータ 4を用いて一次放射器 1を回転させることで、アンテナ装置の正面 方向に垂直な面の全周方向に信号を放射することが可能となる。

[0026] リフレクタ 2は、一次放射器 1の回転軸を中心とした円を回転軸方向に沿って徐々 に径を変化させて形成した椀状力もなり、ロータリージョイント 3側力もモータ 4側、す なわち、アンテナ装置の背面側から正面側にかけて徐々に径が大きくなる形状にし て、正面側を開口面として形成されている。また、リフレクタ 2は、一次放射器 1から放 射された信号を反射してアンテナ装置の正面方向の探知領域の所定方向にビーム 形成するように、所定の曲面形状とされるとともに、一次放射器 1に対して所定の姿 勢で配置されている。これにより、リフレクタ 2は、一次放射器 1の回転角度によらず、 一次放射器 1から放射される信号を反射してビーム形成する。

[0027] このような構成のアンテナ装置では、導波管 5を介して探知用のミリ波信号が伝送さ れると、ミリ波信号は一次放射器 1の伝送部 12に伝送されて、放射部 11の放射面か ら、アンテナ装置の正面方向に垂直な方向を放射方向の中心として放射される。一 次放射器 1の放射面カゝら放射されたミリ波信号は、一次放射器 1の回転角度によるこ となぐリフレクタ 2により反射される。ここで、一次放射器 1はモータ 4により連続的に 回転しているので、一次放射器 1から放射されるミリ波信号はリフレクタ 2により連続的 に反射される。そして、一次放射器 1がミリ波信号を放射しながら全周に亘り回転する ことで、図 1の点線に示すように、前方の所望の範囲を探知するために所定の広がり を有するビームが形成される。

[0028] このリフレクタ 2により形成されるビームによるアンテナ正面方向の探知領域に物標 が存在すると、送信されたミリ波信号が物標に反射して、アンテナ装置方向に伝送さ れる。この物標反射信号は、リフレクタ 2により反射されて一次放射器 1の放射面で集 中して受信される。この際、リフレクタ 2がー次放射器 1の全周に亘り存在するので、 一次放射器 1の回転角度によることなく物標反射信号が確実に導かれる。この物標 反射信号は、一次放射器 1の放射部 11、伝送部 12を伝送し、導波管 5に導かれ、導 波管 5から外部回路に出力される。

[0029] 以上のように、本実施形態の構成を用いることにより、一次放射器から放射されるミ リ波信号を一次放射器の回転中に途切れることなくリフレクタで反射し続けることがで き、所望の探知領域に送信ビームを連続して送信することができる。これにより、放射 効率に優れるアンテナ装置を構成することができる。また、一次放射器の回転角度に よらず全周に亘り確実に物標反射信号を受信することができる。これにより、受信効 率に優れるアンテナ装置を構成することができる。

[0030] なお、前述の説明では、一次放射器の放射方向（放射部 11の延びる方向）が回転 軸 A方向（アンテナ装置の正面方向）に対して垂直な場合について説明した力 図 3 に示すように、放射方向と回転軸 A方向との成す角が、角度の殆どない鋭角でない 角、例えば 30° 以上で 90° 未満であってもよい。ここで、放射方向と回転軸 Aとの 成す角が 30° より小さくなつた場合、所定の探知範囲にビームを放射するためには リフレクタが大きくなりすぎてしまう。

図 3は一次放射器とリフレクタの相対位置関係を示す側面図である。図 3において、 太実線矢印はアンテナ正面方向を示す。これにより、リフレクタの焦点距離、奥行き、 直径の設計自由度が増し、一次放射器およびリフレクタのレイアウト自由度が向上す る。この結果、所望のアンテナ特性を有するアンテナ装置を容易に形成することがで きる。

[0031] また、前述の説明では、リフレクタ 2の開口面と一次放射器 1の回転軸 Aとが垂直に 交わる姿勢にリフレクタ 2を配置した力 図 4に示すように、リフレクタ 2の開口面と回転 軸 Aとが垂直ではない所定角を成すように、リフレクタ 2を配置してもよい。図 4は一次 放射器とリフレクタの相対位置関係を示す側面図である。図 4において、太実線矢印 はアンテナ正面方向を示す。これにより、リフレクタのレイアウト自由度が向上する。こ の結果、所望のアンテナ特性を有するアンテナ装置を容易に形成することができる。

[0032] また、前述の説明では、一次放射器の放射部の形状を矩形ホーン形状にしたが、 図 5に示すような各種形状の放射器を用いてもょ ヽ。

図 5は各種一次放射器の形状を示すものであり、（a)は円形ホーン形状放射器、 (b )は誘電体ロッド型放射器、（c)パッチアンテナ、（d)スロットアンテナを示す。

このような構成の一次放射器を用いても前述の効果を奏することができる。

[0033] 次に、第 2の実施形態に係るアンテナ装置について図 6を参照して説明する。

図 6は本実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す側面図である。図 6にお いて、太実線矢印はアンテナ正面方向を示す。

[0034] 図 6に示すように、本実施形態のアンテナ装置は、一次放射器の回転軸 A方向が 水平方向に対して所定角を成すように一次放射器を配置したものであり、他の構成 は第 1の実施形態に示したアンテナ装置と同じである。このような構成とすることで、 一次放射器とリフレクタとの相対姿勢、すなわちアンテナ装置の各構成要素のレイァ ゥトの自由度が向上する。

[0035] 次に、第 3の実施形態に係るアンテナ装置について図 7を参照して説明する。

図 7は本実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す側面図である。図 3にお いて、太実線矢印はアンテナ正面方向を示す。

[0036] 図 7に示すように、本実施形態に係るアンテナ装置は、一次放射器 1、リフレクタ 2、 ロータリージョイント 3、モータ 4、および、導波管 5を内蔵する筐体 20を備えるもので あり、他の構成は第 1の実施形態に示すアンテナ装置と同じである。筐体 20は、前記 各構成要素を上下方向および左右方向から覆う側壁部 21と、アンテナ装置の背面 方向を覆う裏蓋 22と、アンテナ装置の正面方向を覆うレドーム 23とから構成される。 そして、筐体 20の側壁部 21はリフレクタ 2と一体形成されている。

[0037] このような構成とすることで、アンテナ装置の各構成要素が外部環境力も保護され て、耐久性に優れるアンテナ装置を構成することができる。また、筐体とリフレクタとが 一体形成されているので、アンテナ装置の構成要素が減少し、製造が容易で、安価 なアンテナ装置を構成することができる。

[0038] なお、本実施形態では、リフレクタと筐体とがー体形成されたものを示したが、これ らが個々に形成されたものを組み立ててもよい。

[0039] また、本実施形態では、アンテナ装置の各構成要素 (各機能部)を筐体に内蔵した 力 後述するレーダ装置としての各機能部を筐体内に配置してもよい。これにより、耐 久性に優れるレーダ装置を実現することができる。

[0040] 次に、第 4の実施形態に係るレーダ装置について図 8を参照して説明する。

図 8は本実施形態に係るレーダ装置の概略構成を示すブロック図である。

[0041] 図 8に示すように、本実施形態のレーダ装置は、アンテナ装置 100、サーキユレ一 タ 200、ミキサ 300、カプラ 400、無反射終端器 401、 VCO500、 LNA600を備える 。そして、アンテナ装置 100には、前述の各実施形態に示したアンテナ装置を用いる 。ここで、サーキユレータ 200、ミキサ 300、カプラ 400、無反射終端器 401、 VCO50 0、 LNA600が本発明の「探知信号生成手段」に相当する。

[0042] VCO500により生成されたミリ波信号は、カプラ 400、サーキユレータ 200を介して 、アンテナ装置 100に伝送される。アンテナ装置 100は、前述のように物標探知領域 に送信ビームを形成して、物標に反射した物標探知信号を受信する。アンテナ装置 100で受信された物標探知信号は、サーキユレータ 200を介してミキサ 300に入力さ れる。ミキサ 300は、 VCO500からの信号の一部を、カプラ 400を介してローカル信 号として入力し、物標探知信号とローカル信号との差の周波数成分を IF信号として 出力する。 LNA600はこの IF信号を増幅して後段の探知データ生成回路（図示せ ず）に出力する。

[0043] このように、前述の放射効率および受信効率に優れるアンテナ装置を備えてレーダ 装置を構成することで、連続して送信ビームを探知領域の送信し、探知領域からの 物標探知信号を連続して受信することができ、探知効率に優れるレーダ装置を構成 することができる。

[0044] また、前述の説明のように、レーダ装置を構成する、サーキユレータ 200、ミキサ 30 0、カプラ 400、無反射終端器 401、 VCO500、 LNA600等の構成要素をアンテナ 装置の筐体内に配置することで、耐久性に優れるレーダ装置を実現することができる

Claims

請求の範囲

[1] 回転しながら回転軸方向とは異なる方向に信号を放射する一次放射器と、該一次 放射器から放射された信号を反射してアンテナ装置のビーム送信方向に導き、該ビ ーム送信方向からの物標反射信号を反射して前記一次放射器に導くリフレクタとを 備えたアンテナ装置において、

前記一次放射器は、前記回転軸方向と前記ビーム送信方向とが略一致する姿勢 で、且つ前記一次放射器の放射方向と前記回転軸方向とが 30° 以上の角を成す姿 勢で配置されており、

前記リフレクタは、前記一次放射器を覆い前記ビーム送信方向を開口面とする椀 状に形成されて!ヽることを特徴とするアンテナ装置。

[2] 前記一次放射器を回転させる回転動力発生手段を備えた請求項 1に記載のアンテ ナ装置。

[3] 前記一次放射器と前記リフレクタとが内部に設置された筐体を備える請求項 1また は請求項 2に記載のアンテナ装置。

[4] 前記筐体と前記リフレクタとがー体形成されてなる請求項 3に記載のアンテナ装置

[5] 請求項 1〜4に記載のアンテナ装置と、

前記一次放射器力 放射する信号を生成するとともに、この信号と前記一次放射 器に導かれた前記物標反射信号とを用いて探知信号を生成する探知信号生成手段 と、を備えたことを特徴とするレーダ装置。