(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導波管と第２導波管とが結合穴の形成された共通壁を隔てて直交した十字形方向性結合器を多数備え、前記各第１導波管が連続しており、前記各第２導波管の一方の開口が同一平面状に配列された方向性結合器アレイと、
前記各第２導波管の前記開口に一方の入力端が対向し他方の入力端がその反対側に位置する複数のミキサが配列されたミキサアレイと、
前記各ミキサの他方の入力端に接続する複数の素子アンテナが配列された受信用アンテナアレイと、
前記第１導波管の一方の開口端に接続する送信信号発生器と、
前記第１導波管の他方の開口端に接続する送信アンテナと、
前記複数のミキサの各出力信号を入力してターゲット検知処理を行う信号処理回路とを備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
前記複数の素子アンテナが２次元に配列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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アレーアンテナを備えたレーダ装置に関するものであり、特に、ＤＢＦ（ディジタル・ビーム・フォーミング）に適したレーダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＤＢＦレーダ装置では、複数の素子アンテナからなる受信アンテナを備える。素子アンテナ別の各受信チャネルにはそれぞれミキサが設けられ、各ミキサではチャネル別に受信した受信信号に送信信号の一部がローカル信号としてミキシングされる。送信信号にＦＭ−ＣＷ（周波数変調連続波）が用いられるＦＭ−ＣＷレーダ装置の場合には、このミキシングにより、受信チャネル別のビート信号が得られる。
【０００３】
各ビート信号はＡ／Ｄ変換された後、信号処理回路部においてＦＦＴ処理およびＤＢＦ処理が行われる。ＤＢＦ処理では、所望の方位に受信ビームを向けることができるため、方位を次々とずらすことにより、ステップ走査が達成される。受信ビームが向けられた方位については、それぞれターゲットの距離と速度が検出され、これらのデータを統合してターゲットの検知が行われる。
【０００４】
ところで、各受信チャネルのミキサに送信信号の一部を供給する方法として、特開平３−１４３１０４号の「電子走査アンテナ」に記載されているように、電力分配器を多段構成したものを用いるものがある。まず、初段の電力分配器で送信信号の一部を２つに分配する。２段目では２つの電力分配器を用意し、初段の電力分配器の２つの出力にそれぞれ電力分配器を結合し、それぞれにつき２分配する。これにより、トータルで４分配された送信信号を得る。以下、同様にして、必要な分配数まで増加させ、最終段の出力をそれぞれ各受信チャネルのミキサに接続する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この従来の送信信号分配方法によると、受信チャネル数の増大に伴って電力分配器も増加させる必要がある。電力分配器の増加は装置の大型化をもたらし、小型・軽量であることが要求される用途には適用が困難であった。換言すると、小型・軽量であることが重要な車載用レーダ装置等においては、大きさの制約から受信チャネル数を制限せざるを得なくなり、解像度の高いレーダ検知を断念せざるを得ないという事態が生じていた。
【０００６】
【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するためになされたものであり、
方向性結合器アレイと、ミキサアレイと、受信用アンテナアレイと、送信信号発生器と、送信アンテナと、信号処理回路とを備えている。
【０００７】
ここに、方向性結合器アレイは、第１導波管と第２導波管とが結合穴の形成された共通壁を隔てて直交した十字形方向性結合器を多数備え、各第１導波管が連続しており、各第２導波管の一方の開口が同一平面状に配列されたものである。ミキサアレイは、各第２導波管の開口に一方の入力端が対向し他方の入力端がその反対側に位置する複数のミキサが配列されたものである。
【０００８】
受信用アンテナアレイは、各ミキサの他方の入力端に接続する複数の素子アンテナが配列されたものであり、送信信号発生器は、第１導波管の一方の開口端に接続するものである。送信アンテナは、第１導波管の他方の開口端に接続されており、信号処理回路は、複数のミキサの各出力信号を入力してターゲット検知処理を行うものである。
【０００９】
このレーダ装置によれば、受信チャネル数（受信用送信アンテナ数）の増大に伴ってミキサの数および方向性結合器の数が増大するが、これらがいずれもアレイ状に整然と配列されるため、コンパクトに納めることができ、装置の大型化を抑制できる。
【００１０】
特に、２次元方向のビーム走査を行うために素子アンテナを２次元配列した場合には、ミキサおよび十字形方向性結合器も２次元配列されることになり、集積率がさらに向上する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施形態であるレーダ装置の回路構成を示す図である。このレーダ装置は、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、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。
【００１２】
送信信号発生器１１は、中心周波数がｆ０（たとえば６０ＧＨｚ）の電圧制御型発振器（ＶＣＯ）と、このＶＣＯに変調電圧を与える変調器とを備え、ｆ０±ΔＦの被変調波（送信信号）を出力する。送信信号は送信アンテナ１３から放射される。
【００１３】
送信信号発生器１１と送信アンテナ１３との間には、方向性結合器アレイ１２が設けられており、方向性結合器アレイ１２はｎ個の方向性結合器１２−１〜１２−ｎにより構成されている。
【００１４】
受信アンテナアレイ１４は、ｎ個の素子アンテナ１４−１〜１４−ｎで構成されており、各素子アンテナはミキサアレイ１５を構成するｎ個のミキサ１５−１〜１５−ｎの一方の入力端に接続されている。
【００１５】
ミキサ１５−１〜１５−ｎの他方の入力端には、方向性結合器１２−１〜１２−ｎの出力端子が接続されており、送信信号発生器１１から出力された送信信号の一部が方向性結合器１２−１〜１２−ｎを介して各ミキサ１５−１〜１５−ｎに供給される。
【００１６】
各ミキサ１５−１〜１５−ｎでは、素子アンテナ１４−１〜１４−ｎで受信した受信信号に送信信号の一部をローカル信号としてミキシングする。これにより、受信信号はビート信号にダウンコンバートされる。
【００１７】
信号処理回路１６は、ミキサ１５−１〜１５−ｎからの受信チャネル別のビート信号を入力し、これらをＡ／Ｄ変換した後、ＦＦＴ処理およびＤＢＦ処理を行い、ターゲットの距離、速度および方位を検知する。
【００１８】
図２はこのレーダ装置の外観を示す斜視図であり、図３は方向性結合器アレイ１２の外観を示す斜視図である。
【００１９】
方向性結合器アレイ１２は、ｎ個（ここではｎ＝１８）の十字形方向性結合器をアレイ状に配列したものである。十字形方向性結合器は、２つの方形導波管を結合穴であるスリットの形成された共通壁を隔てて直行させたものであり、一方の導波管（第１導波管）から入力された電波は、直行する他方の導波管（第２導波管）において一方向に進む。
【００２０】
方向性結合器アレイ１２は図３に示すように、６個の十字形方向性結合器が連結したアレイ要素３７〜３９を備え、それらが３段に重ねられている。各アレイ要素は、第１導波管３４を形作る下側構造体３２と第２導波管３５を形作る上側構造体３１と、両構造体に挟まれた信号結合板３３とで構成されている。
【００２１】
下側構造体３２には、長手方向に延びる１つの導波管３４が形成されており、この導波管３４が６個の十字形方向性結合器の一方の導波管（第１導波管）となる。上側構造体３１には、導波管３４と直行する方向に６つの導波管３５がほぼ等間隔に形成されており、各導波管３５が十字形方向性結合器における他方の導波管（第２導波管）となる。
【００２２】
信号結合板３３は、図４に示すように、第１導波管３４と各第２導波管３５との共通壁となる部分にそれぞれスリットが設けられている。スリット４１と４２はそれぞれ十字形状となっており、共通壁の対角線上において互いに対称な位置に配置されている。スリット４１および４２がそれぞれ十字形状となっているために、第１導波管３４に入力された電波が各第２導波管３５で所定の方向に進行する。また、２つのスリット４１，４２を設けることにより、結合度を高めている。
【００２３】
アレイ要素３７の第１導波管３４とアレイ要素３８の第１導波管３４とは側面導波管２２により連結されており、アレイ要素３８の第１導波管３４とアレイ要素３９の第１導波管３４とは側面導波管２１により連結されている。そして、アレイ要素３７の第１導波管３４の残りの一端（図面左側）には、送信信号発生器１１の出力端子が接続され、アレイ要素３９の第１導波管３４の残りの一端（図面右側）にはホーン型の送信アンテナ１３が接続されている。これにより、送信信号発生器１１と送信アンテナ１３とは１本の導波管により連結され、その途中に１８個の方向性結合器が設けらたことになる。
【００２４】
なお、送信信号発生器１１から送信信号が出力された際の第２導波管３５での電波の進行方向がすべてが同一方向（前方）になるように、また、電波強度がほぼ等しくなるようにスリット４１および４２が調整されている。
【００２５】
方向性結合器アレイ１２の前方にはミキサアレイ１５を介してアンテナアレイ１４が設けられている。また、方向性結合器アレイ１２の後方にはフェライト板であるダミーロード２３が設けられている。
【００２６】
ミキサアレイ１５は、１８本の第２導波管３５にそれぞれ対向配置された１８個のバランスドミキサ１５−１〜１５−ｎ（ｎ＝１８）を備えており、各ミキサの一方の入力端が各導波管３５に接続されている。
【００２７】
ミキサアレイ１５のさらに前方には、１８個のホーン型素子アンテナ１４−１〜１４−ｎ（ｎ＝１８）を有する受信用アンテナアレイ１４が設けられている。各素子アンテナは、ミキサアレイ１５の各ミキサの他方の入力端に接続されている。
【００２８】
ミキサアレイ１５の各ミキサの出力端子は信号処理回路１６に接続され、信号処理回路１６では、各ミキサからの素子アンテナ別のビート信号を入力して、Ａ／Ｄ変換処理、ＦＦＴ処理およびＤＢＦ処理を実行し、ターゲットを検知する。
【００２９】
なお、本実施形態では、素子アンテナを２次元に配列しているが、１次元に配列してもかまわない。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のレーダ装置によれば、受信用素子アンテナ、ミキサおよび方向性結合器をすべてアレイ化することにより、電力分配器を用いることなく、各受信チャネルへローカル信号を供給するので、装置を小型にすることができる。これにより、たとえば、高解像度の車載用レーダ装置の実現が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるレーダ装置の回路構成を示す図。
【図２】その外観構造を示す斜視図。
【図３】方向性結合器アレイの外観構造を示す斜視図。
【図４】方向性結合器アレイの信号結合板を示す斜視図。
【符号の説明】
１１…送信信号発生器、１２…方向性結合器アレイ、１３…送信アンテナ、１４…受信用アンテナアレイ、１５…ミキサアレイ、１６…信号処理回路。
【図１】
0003572603.tif 000002
【図２】
0003572603.tif 000003
【図３】
0003572603.tif 000004
【図４】
0003572603.tif 000005