(57)【要約】【課題】検知方向を切り替えることができ、良好な受信感度を有する平面構造で生産性の優れたレーダ装置を提供すること。【解決手段】発振器１０８から発振されたパルス信号は、方向性結合器１０９を介して受信部１０２のミキサ１１０に分配するとともに、スイッチ素子１０３を介してアンテナ素子１０５あるいは１０６のいずれか一方から送信される。障害物から反射されたパルス信号はアンテナ素子１０５あるいは１０６で受信され、スイッチ素子１０４を介してミキサ１１０に入力される。方向性結合器１０９から分配されたパルス信号と混合され、信号処理部１１１により障害物までの距離が算出される。アンテナ素子１０５及び１０６は、それぞれひし形形状のアンテナ素子を連結したアレー構成で、それぞれ２つの給電部を有しており、２つの給電部は送信部と受信部にそれぞれ接続される。【選択図】図１
2006319865.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料で形成された反射板と、
反射板と平行に所定の間隔を隔てて同一面内に配置され、面方向に傾斜した指向特性を有する第１アンテナ素子及び第２アンテナ素子と、
第１アンテナ素子及び第２アンテナ素子と同一面に形成された送信部及び受信部と、
第１アンテナ素子に設けられた第１給電部及び第２給電部と、
第２アンテナ素子に設けられた第３給電部及び第４給電部と、
送信部と第１給電部もしくは第３給電部とを選択的に接続する第１アンテナ切替手段と、
受信部と第２給電部もしくは第４給電部とを選択的に接続する第２アンテナ切替手段とを備え、
第１アンテナ素子と第２アンテナ素子はそれぞれの主放射方向が異なるように配置されていることを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
前記第１アンテナ素子及び第２アンテナ素子のそれぞれは、
それぞれ使用周波数の略１／４波長から略３／８波長の長さを有する４本の線状素子がひし形形状に配置され、かつ前記４本の線状素子のうち第１線状素子と第２線状素子が接続され、第３線状素子と第４線状素子が接続されたひし形アンテナ部を複数備え、
前記複数のひし形アンテナ部の間は、所定の長さを有する線状連結素子で連結され、
前記連結された複数のひし形アンテナ部の端部には、全体が所定の長さを有する折り返し形状の線状迂回素子が接続されており、
前記第１アンテナ素子において第１給電部及び第２給電部は、前記複数のひし形アンテナ部のいずれか２つのひし形アンテナ部の第１線状素子と第２線状素子の接続部にそれぞれ配置され、
前記第２アンテナ素子において第３給電部及び第４給電部は、前記複数のひし形アンテナ部のいずれか２つのひし形アンテナ部の第３線状素子と第４線状素子の接続部にそれぞれ配置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。
【請求項３】
前記第１アンテナ素子及び第２アンテナ素子のそれぞれは、
所定の誘電率を有する誘電体基板と、
誘電体基板面に形成された導体層と、
それぞれ使用周波数の略１／４波長から略３／８波長の長さを有する４本のスロット素子が前記導体層にひし形形状に形成され、かつ４本のスロット素子のうち第１スロット素子と第２スロット素子が接続され、第３スロット素子と第４スロット素子が接続されたひし形スロットアンテナ部を複数備え、
前記複数のひし形スロットアンテナ部の間は、所定の長さを有するスロット連結素子で連結され、
前記連結された複数のひし形スロットアンテナ部の端部には、全体が所定の長さを有する折り返し形状のスロット迂回素子が接続されており、
前記第１アンテナ素子において第１給電部及び第２給電部は、前記複数のひし形スロットアンテナ部のいずれか２つのひし形スロットアンテナ部の第１線状素子と第２線状素子の接続部にそれぞれ配置され、
前記第２アンテナ素子において第３給電部及び第４給電部は、前記複数のひし形スロットアンテナ部のいずれか２つのひし形スロットアンテナ部の第３線状素子と第４線状素子の接続部にそれぞれ配置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。
【請求項４】
前記誘電体基板の前記導体層が形成された面の裏側の面の、前記第１給電部、第２給電部、第３給電部及び第４給電部にマイクロストリップラインが配置されていることを特徴とする請求項３に記載のレーダ装置。
【請求項５】
前記第１アンテナ素子及び第２アンテナ素子の主放射方向の反対方向側に、前記第１アンテナ素子及び第２アンテナ素子とそれぞれ所定の間隔を隔てて前記誘電体基板と前記反射板の間に前記誘電体基板と直交するように導体板がそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項３または４に記載のレーダ装置。
【請求項６】
前記使用周波数の半波長以下の長さを有し、前記第１アンテナ素子及び第２アンテナ素子の同一面上に所定の間隔を隔てて形成された少なくとも１つの導波素子を備えたことを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載のレーダ装置。
【請求項７】
前記使用周波数の半波長以上の長さを有し、前記第１アンテナ素子及び第２アンテナ素子の同一面上に所定の間隔を隔てて形成された少なくとも１つの反射素子を備えたことを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載のレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のアンテナ素子を用いて選択的に切替励振することで、検知方向を切り替えることができるレーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両の周囲を監視する車載用レーダシステムにおいて、車両の全方位の障害物を検知するために、複数のレーダ装置を車両の前方や後方に設置する必要があり、システム構成が複雑になり、コストが高くなるという課題がある。このような課題を改善するために、これまでアンテナの指向性を制御し、１つのレーダ装置で検知できる範囲を広くすることで、車両に搭載するレーダ装置数を削減する検討がなされている。
【０００３】
これまで、この種のレーダシステムとして、フェーズドアレーアンテナを用いた車載用レーダシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この車載用レーダシステムに用いられるフェーズドアレーアンテナとは、複数のアンテナ素子と位相器を用いてそれぞれの位相量を制御することで指向性を切り替えるもので、検知範囲を広くすることができるとともに、障害物の方向を精度良く検知することができる。
【０００４】
また、他のレーダシステムとして、複数のアンテナ素子（例えば、パッチアンテナ）をそれぞれの指向方向が異なるように配置した車載用レーダ装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この車載用レーダシステムは、使用するアンテナ素子数を制御することで、アンテナのビーム幅や検知方向を可変させることができるため、検知範囲を広くすることができるとともに、検知距離にかかわらず精度良く障害物を検知することができる。
【特許文献１】特開平２−２８７１８０号公報
【特許文献２】特開平８−３３４５５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１記載の車載用レーダシステムは、アンテナのビーム方向を切り替えるために複数の位相器が必要となり、構造や制御が複雑になるという問題がある。
【０００６】
また、特許文献２記載の車載用レーダ装置は、パッチアンテナなどアンテナ素子面に対して垂直の方向に主ビームを有するアンテナ素子をビーム方向が異なるように複数配置するため、立体的な構成となり、生産性が低下するという問題がある。また、送受信部を共用するための共用部品としてサーキュレータを用いているため、サーキュレータによる損失分が増大し、受信感度が劣化するという問題がある。
【０００７】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、平面構造で生産性に優れ、ビーム方向を切り替えることで検知範囲を広くすることができ、さらに受信感度が良好なレーダ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる課題を解決するため、本発明のレーダ装置は、金属材料で形成された反射板と、反射板と平行に所定の間隔を隔てて同一面内に配置され、面方向に傾斜した指向特性を有する第１アンテナ素子及び第２アンテナ素子と、第１アンテナ素子及び第２アンテナ素子と同一面に形成された送信部及び受信部と、第１アンテナ素子に設けられた第１給電部及び第２給電部と、第２アンテナ素子に設けられた第３給電部及び第４給電部と、送信部と第１給電部もしくは第３給電部とを選択的に接続する第１アンテナ切替手段と、受信部と第２給電部もしくは第４給電部とを選択的に接続する第２アンテナ切替手段とを備え、第１アンテナ素子と第２アンテナ素子はそれぞれの主放射方向が異なるように配置されている構成をとる。
【０００９】
この構成によれば、２つのアンテナ素子を切り替えることで、検知範囲を切り替えることができる平面構造でかつ生産性に優れたレーダ装置を実現することができる。また、それぞれのアンテナ素子に２つの給電点を設け、送受信回路を共用することにより、共用部品が不要となり受信感度を向上させることができる。
【００１０】
また、本発明のレーダ装置は、第１アンテナ素子及び第２アンテナ素子のそれぞれは、それぞれ使用周波数の略１／４波長から略３／８波長の長さを有する４本の線状素子がひし形形状に配置され、かつ４本の線状素子のうち第１線状素子と第２線状素子が接続され、第３線状素子と第４線状素子が接続されたひし形アンテナ部を複数備え、複数のひし形アンテナ部の間は、所定の長さを有する線状連結素子で連結され、連結された複数のひし形アンテナ部の端部には、全体が所定の長さを有する折り返し形状の線状迂回素子が接続されており、第１アンテナ素子において第１給電部及び第２給電部は、複数のひし形アンテナ部のいずれか２つのひし形アンテナ部の第１線状素子と第２線状素子の接続部にそれぞれ配置され、第２アンテナ素子において第３給電部及び第４給電部は、複数のひし形アンテナ部のいずれか２つのひし形アンテナ部の第３線状素子と第４線状素子の接続部にそれぞれ配置されている構成をとる。
【００１１】
この構成によれば、平面構造で、検知範囲を切り替えることができ、受信感度が良好なレーダ装置を実現することができる。
【００１２】
また、本発明のレーダ装置は、第１アンテナ素子及び第２アンテナ素子のそれぞれは、所定の誘電率を有する誘電体基板と、誘電体基板面に形成された導体層と、それぞれ使用周波数の略１／４波長から略３／８波長の長さを有する４本のスロット素子が導体層にひし形形状に形成され、かつ４本のスロット素子のうち第１スロット素子と第２スロット素子が接続され、第３スロット素子と第４スロット素子が接続されたひし形スロットアンテナ部を複数備え、複数のひし形スロットアンテナ部の間は、所定の長さを有するスロット連結素子で連結され、連結された複数のひし形スロットアンテナ部の端部には、全体が所定の長さを有する折り返し形状のスロット迂回素子が接続されており、第１アンテナ素子において第１給電部及び第２給電部は、複数のひし形スロットアンテナ部のいずれか２つのひし形スロットアンテナ部の第１線状素子と第２線状素子の接続部にそれぞれ配置され、第２アンテナ素子において第３給電部及び第４給電部は、複数のひし形スロットアンテナ部のいずれか２つのひし形スロットアンテナ部の第３線状素子と第４線状素子の接続部にそれぞれ配置されている構成をとる。
【００１３】
この構成によれば、平面構造で、検知範囲を切り替えることができ、受信感度が良好なレーダ装置を実現することができる。
【００１４】
また、本発明のレーダ装置は、誘電体基板の導体層が形成された面の裏側の面の、第１給電部、第２給電部、第３給電部及び第４給電部にマイクロストリップラインが配置されている構成をとる。
【００１５】
この構成によれば、マイクロストリップラインの長さを調節することでインピーダンス整合をとることができ、給電が容易になるとともに、レーダ装置の生産性の向上を図ることができる。
【００１６】
また、本発明のレーダ装置は、第１アンテナ素子及び第２アンテナ素子の主放射方向の反対方向側に、第１アンテナ素子及び第２アンテナ素子とそれぞれ所定の間隔を隔てて誘電体基板と反射板の間に誘電体基板と直交するように導体板がそれぞれ配置されている構成をとる。
【００１７】
この構成によれば、Ｆ／Ｂ比（メインローブとバックローブの比）が良好な指向性を有するレーダ装置を実現することができる。
【００１８】
また、本発明のレーダ装置は、使用周波数の半波長以下の長さを有し、第１アンテナ素子及び第２アンテナ素子の同一面上に所定の間隔を隔てて形成された少なくとも１つの導波素子を備えた構成をとる。
【００１９】
この構成によれば、高利得で、かつＦ／Ｂ比が良好な指向性を有するレーダ装置を実現することができる。
【００２０】
また、本発明のレーダ装置は、使用周波数の半波長以上の長さを有し、第１アンテナ素子及び第２アンテナ素子の同一面上に所定の間隔を隔てて形成された少なくとも１つの反射素子を備えた構成をとる。
【００２１】
この構成によれば、高利得で、かつＦ／Ｂ比が良好な指向性を有するレーダ装置を実現することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ビーム方向が異なる２つのアンテナ素子を切替励振することで、検知方向を切り替えることができるとともに、それぞれのアンテナ素子に２つの給電部を設け、送受共用させることにより、共用部品が不要となるため、良好な受信感度を有する平面構造でかつ生産性に優れたレーダ装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態に係るレーダ装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一の構成または機能を有する構成要素及び相当部分には、同一の符号を付してその説明は省略する。以下、動作周波数を２６ＧＨｚとして説明する。
【００２４】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係るレーダ装置を図１から図４を用いて説明する。
【００２５】
図１は、ビーム切替が可能なレーダ装置を示す図であり、送信部１０１、受信部１０２、スイッチ素子１０３及び１０４、アンテナ素子１０５及び１０６、反射板とから構成される。反射板は金属材料で形成されており、図１では省略されているが、−Ｚ方向にアンテナ素子面と平行に１／４波長から１／２波長隔てて配置されているものとする。
【００２６】
まず、図１のように構成されたレーダ装置における送受信の動作について説明する。送信部１０１は、パルス発生器１０７、発振器１０８、方向性結合器１０９から構成されており、パルス発生器１０７では、例えば、１ｎｓのパルス信号を発生する。発生されたパルス信号により発振器１０８が駆動され、２６ＧＨｚのパルス信号を発振する。方向性結合器１０９は、２６ＧＨｚのパルス信号をスイッチ素子１０３へ出力するとともに、受信部１０２のミキサ１１０に分配する。スイッチ素子１０３は、送信部１０１から出力されたパルス信号をアンテナ素子１０５あるいは１０６のいずれか一方に出力するように切替動作し、アンテナ素子からパルス信号が送信される。
【００２７】
障害物から反射されたパルス信号はアンテナ素子１０５あるいは１０６で受信され、スイッチ素子１０４を介して受信部１０２のミキサ１１０に入力され、送信部１０１から分配されたパルス信号と受信されたパルス信号が混合され、ビート信号を信号処理部１１１に出力する。信号処理部１１１では、ビート信号から送信から受信に至るまでの時間差を算出し、障害物までの距離を導出する。
【００２８】
このように、スイッチ素子１０３及び１０４によりアンテナ素子１０５及び１０６を切り替えることで、それぞれのアンテナ素子の指向性に応じた検知範囲内の障害物を検知することができ、検知方向を切り替えることができる。
【００２９】
次に、アンテナ素子１０５の構成を図２を用いて説明する。アンテナ素子１０６についてはアンテナ素子１０５と同様な構成であるため、説明は省略する。図２において、線状素子２０１ａ〜２０１ｄ、２０２ａ〜２０２ｄ、２０３ａ〜２０３ｄは、長さＬ１が約１／３波長、素子幅が０．２ｍｍの導体である。これらの線状素子は、図２に示すように、正方形状に配置される。なお、ここでは正方形状として構成したが、ひし形形状あるいは円形形状に構成してもよい。
【００３０】
線状連結素子２０４ａ、２０４ｂあるいは２０５ａ、２０５ｂは、長さＬ２が約２／５波長、素子幅が０．２ｍｍの導体である。線状連結素子２０４ａは、線状素子２０１ｂと２０２ａを連結しており、線状連結素子２０４ｂは、線状素子２０１ｄと２０２ｃを連結している。また、線状連結素子２０５ａ及び２０５ｂは、線状素子２０２ｂと２０３ａ及び線状素子２０２ｄと２０３ｃをそれぞれ連結している。
【００３１】
線状迂回素子２０６a及び２０６ｂは、長さＬ３が約１／５波長（全長が約２／５波長）、素子幅が０．２ｍｍの折り返し形状の導体である。線状迂回素子２０６ａは、線状素子２０１ａと２０１ｃとに接続され、線状迂回素子２０６ｂは、線状素子２０３ｂと２０３ｄとの接続される。
【００３２】
以上のように構成することにより、線状素子２０１ａ〜２０１ｄ、２０２ａ〜２０２ｄ、２０３ａ〜２０３ｄ、線状連結素子２０４ａ、２０４ｂ、２０５ａ、２０５ｂ、線状迂回素子２０６ａ、２０６ｂは、ひし形形状のアンテナ素子（ひし形アンテナ部）を連結し、アレー構成としたアンテナ素子１０５を構成する。
【００３３】
次に、アンテナ素子１０５において、給電部１及び２からアンテナを励振する場合の動作について説明する。
【００３４】
給電部１は線状素子２０３ｃと２０３ｄとの間に設けられ、スイッチ素子１０３に接続され、給電部２は線状素子２０１ｃと２０１ｄとの間に設けられ、スイッチ素子１０４に接続される。給電部１からアンテナ素子１０５を励振する場合、給電部２は例えば、ＰＩＮダイオードなどのスイッチング素子を用いることで短絡され、線状素子２０１ｃと２０１ｄは接続される。このとき、アンテナ素子１０５は、ループアンテナ素子として動作し、線状素子２０１ａと２０１ｂ、線状素子２０１ｃと２０１ｄ、線状素子２０２ａと２０２ｂ、線状素子２０２ｃと２０２ｄ、線状素子２０３ａと２０３ｂ、線状素子２０３ｃと２０３ｄのそれぞれの接続部において電流振幅がピーク値をとる。また、線状素子２０１ａと２０１ｂ、線状素子２０２ａと２０２ｂ、線状素子２０３ａと２０３ｂの接続部における電流位相φ１は同位相となり、線状素子２０１ｃと２０１ｄ、線状素子２０２ｃと２０２ｄ、線状素子２０３ｃと２０３ｄの接続部における電流位相φ２が同位相となる。電流位相φ１とφ２は線状迂回素子２０６ａ及び２０６ｂが挿入されていることにより位相差が生じるため、アンテナ素子１０５の主ビーム方向は＋Ｚ方向から−Ｘ方向に傾くことになる。このとき、アンテナ素子１０５面に対して−Ｚ方向側に所定の間隔を隔てて反射板が配置されているため、＋Ｚ側のみに放射する。
【００３５】
また、給電部２からアンテナ素子１０５を励振する場合は、上述の給電部１から励振する場合と同様に、アンテナ素子１０５の主ビーム方向は＋Ｚ方向から−Ｘ方向に傾くことになる。
【００３６】
一方で、アンテナ素子１０６を給電部３及び４から励振する場合は、いずれの場合もアンテナ素子１０６の主ビーム方向は＋Ｚ方向から＋Ｘ方向に傾くことになる。
【００３７】
図３は、アンテナ素子１０５を給電部１から励振した場合の指向性及びアンテナ素子１０６を給電部３から励振した場合の指向性を示す図であり、図３（ａ）は垂直（ＸＺ）面の指向性、図３（ｂ）は仰角θが７０度における円錐面の指向性を示している。図３において、指向性３０１及び３０３は、アンテナ素子１０５を給電部１から励振した場合の水平偏波Ｅφ成分の指向性を示しており、主ビームが−Ｘ方向へ向いていることが確認できる。このとき、主ビームの指向性利得は１３．２ｄＢｉである。
【００３８】
また、指向性３０２及び３０４は、アンテナ素子１０６を給電部３から励振した場合の水平偏波Ｅφ成分の指向性を示しており、主ビームが＋Ｘ方向へ向いていることが確認できる。このように、アンテナ素子１０５及び１０６を切替励振することにより主ビーム方向が２方向に切り替えられ、検知方向を切り替えることができる。
【００３９】
図４は、アンテナ素子１０５を給電部２から励振した場合の指向性及びアンテナ素子１０６を給電部４から励振した場合の指向性を示す図であり、図４（ａ）は垂直（ＸＺ）面の指向性、図４（ｂ）は仰角θが７０度における円錐面の指向性を示している。
【００４０】
図４において、指向性４０１及び４０３はアンテナ素子１０５を給電部２から励振した場合の水平偏波Ｅφ成分の指向性、指向性４０２及び４０４はアンテナ素子１０６を給電部４から励振した場合の水平偏波Ｅφ成分の指向性を示している。
【００４１】
このように、上記で説明したレーダ装置を、例えば、図１における−Ｙ方向を地面側に配置するように自動車のバンパー内に搭載することで、水平方向に主ビームを切り替えることができるため、１つのレーダ装置で検知範囲を広くとることができる。
【００４２】
以上のように、本実施の形態によれば、アンテナ素子１０５及び１０６をスイッチ素子により切替励振することで、検知方向を切り替えることができるとともに、アンテナ素子に設けられた２つの給電部のうちどちらの給電部を用いてアンテナ素子を励振させた場合でも同一の指向性が得られることから、１つのアンテナ素子で送受信を共用できることになる。このため、これまで送受共用するために必要であったサーキュレータなどの共用器が不要となり、共用器での損失を低減できるため受信感度が向上するとともに、低コストで平面構造のレーダ装置を実現することができる。
【００４３】
なお、本実施の形態では、ひし形形状のアンテナ素子（ひし形アンテナ部）を３素子連結させた構成について説明したが、連結する素子数は２素子以上あればよい。
【００４４】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係るレーダ装置を図５から図７を用いて説明する。
【００４５】
図５は、実施の形態１と同様に、レーダ装置の構成を示す図であり、送信部１０１、受信部１０２、スイッチ素子１０３及び１０４、アンテナ素子５０１及び５０２とから構成される。
【００４６】
図５において、アンテナ素子５０１及び５０２は、導体層５０４を切削して形成されたスロットアンテナ素子である。実施の形態１のアンテナ素子１０５及び１０６と同様に、ひし形形状のスロットアンテナ素子（ひし形スロットアンテナ部）を連結した構成をしており、５２１ａ〜５２１ｄ，５２２ａ〜５２２ｄ及び５２３ａ〜５２３ｄはスロット素子、５２４ａ，５２４ｂ，５２５ａ及び５２５ｂはスロット連結素子、５２６ａ，５２６ｂはスロット迂回素子である。基板５０３は、例えば、比誘電率εｒが３．４５で、厚さが０．２６ｍｍの誘電体である。導体層５０４は、基板５０３の＋Ｚ側面に接着された銅箔である。
【００４７】
導体層５０５には、例えば、マイクロストリップラインで構成された送信部１０１及び受信部１０２、スイッチ素子１０３及び１０４が、アンテナ素子５０１と５０２との間に形成される。反射板５０６は金属材料で形成されており、アンテナ素子５０１及び５０２が配置された面から、例えば０．４３波長だけ−Ｚ側に離れた位置に配置される。
【００４８】
接続導体５０７ａ〜５０７ｄ、５０８ａ〜５０８ｄは、導体層５０４と同一面上に例えば、銅箔により形成され、アンテナ素子５０１及び５０２の中央に配置されているひし形形状のスロットアンテナ素子の各辺のほぼ中央に、スロットを分断するようにアンテナ素子５０１及び５０２の内部の導体層と外部の導体層を接続している。このように、接続導体５０７ａ〜５０７ｄ、５０８ａ〜５０８ｄによりスロットを分断することで、スロット上に分布する磁界の振幅と位相を調整しており、これによりアンテナ素子５０１の主ビームは＋Ｚ方向から−Ｘ方向に形成され、アンテナ素子５０２の主ビームは＋Ｚ方向から＋Ｘ方向に形成されることになる。
【００４９】
マイクロストリップライン５０９〜５１２は、基板５０３の−Ｚ側面に銅箔により形成される。マイクロストリップライン５０９及び５１０は、アンテナ素子５０１の頂点の給電部５及び６をそれぞれ通過するようにＸ方向に沿って形成され、スイッチ１０３及び１０４にそれぞれ接続される。マイクロストリップライン５１１及び５１２は、アンテナ素子５０２の頂点の給電部７及び８をそれぞれ通過するようにＸ方向に沿って形成され、スイッチ１０３及び１０４にそれぞれ接続される。マイクロストリップライン５０９〜５１２は、例えば、幅が０．６ｍｍであり、その特性インピーダンスは５０Ωに設定される。また、それぞれのマイクロストリップライン５０９〜５１２の先端と、スロット素子の頂点の給電部５〜８とのそれぞれの距離Ｌ４は例えば、２ｍｍに設定される。
【００５０】
以上のように構成することにより、マイクロストリップライン５０９及び５１０はアンテナ素子５０１と、マイクロストリップライン５１１及び５１２はアンテナ素子５０２と電磁界的に結合されるため、送信部１０１から出力された送信信号はスイッチ１０３を介してアンテナ素子５０１あるいは５０２に供給され、アンテナ素子５０１あるいは５０２で受信された受信信号はスイッチ１０４を介して受信部１０２に入力される。このとき、距離Ｌ４を適切な長さに設定することで、インピーダンス整合をとることができる。このように、マイクロストリップラインで構成された送受信部からの給電が容易となり、生産性の向上を図ることができる。
【００５１】
次に、送受信時の動作について説明する。送信部１０１から出力された送信パルス信号がスイッチ１０３及びマイクロストリップライン５０９を介してアンテナ素子５０１から送信される。このとき、スイッチ１０４に接続されているマイクロストリップライン５１０の影響によりアンテナ素子５０１の特性が劣化しないように、スイッチ１０４はマイクロストリップライン５１０に接続しないように動作する。例えば、スイッチ１０４のオフ状態におけるインピーダンスがショートである場合、スイッチ１０４からマイクロストリップライン５０１までの長さＬ５を１／４波長の奇数倍とすることで、マイクロストリップライン５１０の影響を無くすことができる。また、スイッチ１０４のオフ状態におけるインピーダンスがオープンである場合は、長さＬ５を１／２波長の偶数倍とすればよい。
【００５２】
また、アンテナ素子５０１で障害物からの反射波を受信する際は、送信パルス信号を送信直後にスイッチ１０３はマイクロストリップライン５０９から５１１に接続するように切り替えられ、またスイッチ１０４はマイクロスストリップライン５１２から５１０に接続するように切り替えられる。このとき、送信時と同様に、送信側のマイクロストリップラインがアンテナ素子５０１の特性に影響を与えないように、長さＬ６は、スイッチ１０３のオフ状態におけるインピーダンスがショートである場合、１／４波長の奇数倍に設定される。
【００５３】
上記と同様に、アンテナ素子５０２での送受信時には、マイクロストリップライン５１１及び５１２がアンテナ素子５０２の特性に影響を与えないように、長さＬ７及びＬ８は上記で示したように設定される。
【００５４】
次に、上記のように構成されたアンテナ素子５０１及び５０２の指向性について説明する。図６は、アンテナ素子５０１をマイクロストリップライン５０９により給電部５から励振した場合の指向性及びアンテナ素子５０２をマイクロストリップライン５１１により給電部７から励振した場合の指向性を示す図であり、図６（ａ）は垂直（ＸＺ）面の指向性、図６（ｂ）は仰角θが５０度における円錐面の指向性を示している。ここで、マイクロストリップライン５１０及び５１２のそれぞれの長さＬ５及びＬ７は、１／４波長で、終端はショートに設定されている。
【００５５】
図６において、指向性６０１及び６０３は、アンテナ素子５０１を給電部５から励振した場合の垂直偏波Ｅθ成分の指向性を示しており、主ビームが−Ｘ方向へ向いていることが確認できる。このとき、主ビームの指向性利得は１３ｄＢｉである。
【００５６】
また、指向性６０２及び６０４は、アンテナ素子５０２を給電部７から励振した場合の垂直偏波Ｅθ成分の指向性を示しており、主ビームが＋Ｘ方向へ向いていることが確認できる。このように、アンテナ素子５０１及び５０２を切替励振することにより主ビーム方向を２方向に切り替えられ、検知範囲を切り替えることができる。
【００５７】
図７は、アンテナ素子５０１をマイクロストリップライン５１０により給電部６から励振した場合の指向性及びアンテナ素子５０２をマイクロストリップライン５１２により給電部８から励振した場合の指向性を示す図であり、図７（ａ）は垂直（ＸＺ）面の指向性、図７（ｂ）は仰角θが５０度における円錐面の指向性を示している。ここで、マイクロストリップライン５０９及び５１１のそれぞれの長さＬ６及びＬ８は、１／４波長で、終端はショートに設定されている。
【００５８】
図７において、指向性７０１及び７０３はアンテナ素子５０１を給電部６から励振した場合の垂直偏波Ｅθ成分の指向性、指向性７０２及び７０４はアンテナ素子５０２を給電部８から励振した場合の垂直偏波Ｅθ成分の指向性を示している。
【００５９】
以上のように、本実施の形態によれば、誘電体基板の表面にスロット素子で構成されたアンテナ素子５０１及び５０２をスイッチ素子により切替励振することで、検知方向を切り替えることができるとともに、誘電体基板の裏面に配置されたマイクロストリップラインを用いて容易にアンテナ素子を励振することができ、かつマイクロストリップライン長を変化させるだけでインピーダンス整合が可能となる。また、アンテナ素子に設けられた２つの給電部のうちどちらの給電部を用いてアンテナ素子を励振させた場合でも同一の指向性が得られることから、１つのアンテナ素子で送受信を共用できることになる。このため、これまで送受共用するために必要であったサーキュレータなどの共用器が不要となり、共用器での損失を低減でき受信感度を向上することができる。
【００６０】
なお、本実施の形態では、スロット素子を誘電体基板上の銅箔パターンによって形成したが、例えば、導体板に空隙を設けてスロット素子を形成しても同様の効果が得られる。
【００６１】
また、本実施の形態では、接続導体をスロット素子内に銅箔パターンで形成し、スロット素子のほぼ中央で分断するようにスロット素子の内側の導体層と外側の導体層を接続するとして説明したが、接続導体をマイクロストリップラインと同一平面上に形成し、スルーホールを介して内側の導体層と外側の導体層を接続しても同様の効果が得られる。
【００６２】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係るレーダ装置を図８から図１０を用いて説明する。図８は、実施の形態２の構成に、導体板８０１及び８０２を配置したレーダ装置を示す図である。導体板８０１は、アンテナ素子５０１から＋Ｘ方向側、つまり主ビーム方向の反対側に距離Ｌ９隔ててアンテナ素子面に対して垂直に基板５０３と反射板５０６の間に配置される。導体板８０２は、アンテナ素子５０２から−Ｘ方向側に距離Ｌ９隔ててアンテナ素子面に対して垂直に基板５０３と反射板５０６の間に配置される。ここで、例えば、距離Ｌ９は２．２ｍｍに設定される。また、導体板８０１及び８０２は、マイクロストリップライン５０９〜５１２の位置では送受信信号に影響がないように切削されている。
【００６３】
以上のように構成することにより、アンテナ素子５０１から−Ｚ側に放射された電波は、導体板８０１によって遮られることで＋Ｘ方向に伝搬できなくなる。また同様に、アンテナ素子５０２から−Ｚ側に放射された電波は、導体板８０２によって遮られることで−Ｘ方向に伝搬できなくなる。このため、アンテナ素子５０１及び５０２からはそれぞれ−Ｘ方向及び＋Ｘ方向に主に放射されることになり、Ｆ／Ｂ比が向上することになる。
【００６４】
図９は、図８においてアンテナ素子５０１をマイクロストリップライン５０９により給電部５から励振した場合の指向性及びアンテナ素子５０２をマイクロストリップライン５１１により給電部７から励振した場合の指向性を示す図である。図９（ａ）は、垂直（ＸＺ）面の指向性、図９（ｂ）は仰角θが５０度における円錐面の指向性を示している。
【００６５】
図９において、指向性９０１及び９０３は、アンテナ素子５０１を給電部５から励振した場合の垂直偏波Ｅθ成分の指向性を示しており、主ビームが−Ｘ方向へ向いていることが確認できる。このときの主ビームの指向性利得は１３．３ｄＢｉである。
【００６６】
また、指向性９０２及び９０４は、アンテナ素子５０２を給電部７から励振した場合の垂直偏波Ｅθ成分の指向性を示しており、主ビームが＋Ｘ方向へ向いていることが確認できる。このように、アンテナ素子５０１及び５０２を切替励振することにより主ビーム方向を２方向に切り替えられ、検知範囲を切り替えることができるとともに、図９（ｂ）と図６（ｂ）に示す指向性を比較すると、導体板８０１及び８０２を挿入することで、バックローブが低減でき、Ｆ／Ｂ比が向上していることが確認できる。
【００６７】
図１０は、アンテナ素子５０１をマイクロストリップライン５１０により給電部６から励振した場合の指向性及びアンテナ素子５０２をマイクロストリップライン５１２により給電部８から励振した場合の指向性を示す図であり、図１０（ａ）は垂直（ＸＺ）面の指向性、図１０（ｂ）は仰角θが５０度における円錐面の指向性を示している。
【００６８】
図１０において、指向性１００１及び１００３はアンテナ素子５０１を給電部６から励振した場合の垂直偏波Ｅθ成分の指向性、指向性１００２及び１００４はアンテナ素子５０２を給電部８から励振した場合の垂直偏波Ｅθ成分の指向性を示しており、図９のときと同様に、図７（ｂ）に比べＦ／Ｂ比が向上していることが確認できる。
【００６９】
以上のように、本実施の形態によれば、導体板をアンテナ素子５０１及び５０２の主ビーム方向の反対側に所定の間隔を隔てて、基板と反射板との間にアンテナ素子面と垂直に配置することで、Ｆ／Ｂ比が良好な指向性を有するレーダ装置を実現することができる。このため、主ビーム方向以外の障害物から反射してくる電波の受信レベルを低減させることでき、検知精度を向上することができる。
【００７０】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４に係るレーダ装置を図１１から図１３を用いて説明する。図１１は、実施の形態２の構成に、スロット導波素子１１０１ａ〜１１０１ｃ及び１１０２ａ〜１１０２ｃ、スロット反射素子１１０３ａ〜１１０３ｃ及び１１０４ａ〜１１０４ｃを配置したレーダ装置を示す図である。スロット導波素子１１０１ａ〜１１０１ｃは、アンテナ素子５０１を構成するひし形形状のアンテナ素子の端部から−Ｘ方向側、つまり主ビーム方向側に距離Ｌ１０隔てて、導体層５０４を切削して形成される。同様に、スロット導波素子１１０２ａ〜１１０２ｃは、アンテナ素子５０２を構成するひし形形状のアンテナ素子の端部から主ビーム方向（＋Ｘ方向）側に距離Ｌ１０隔てて、導体層５０４を切削して形成される。ここで、例えば、スロット導波素子長は３．２ｍｍ（１／２波長以下）、スロット導波素子幅は０．２ｍｍ、距離Ｌ１０は１．５ｍｍに設定される。
【００７１】
スロット反射素子１１０３ａ〜１１０３ｃは、アンテナ素子５０１を構成するひし形形状のアンテナ素子の端部から＋Ｘ方向側、つまり主ビームの反対方向側に距離Ｌ１１隔てて、導体層５０４を切削して形成される。このとき、スロット反射素子１１０３ａ及び１１０３ｃは、給電ラインであるマイクロストリップライン５１０及び５０９とそれぞれ交わらないように、距離Ｌ１２だけＹ方向にずらして配置される。同様に、スロット反射素子１１０４ａ〜１１０４ｃは、アンテナ素子５０２を構成するひし形形状のアンテナ素子の端部から主ビームの反対方向（−Ｘ方向）側に距離Ｌ１１隔てて形成され、スロット反射素子１１０４ａ及び１１０４ｃは、マイクロストリップライン５１２及び５１１とそれぞれ交わらないように、距離Ｌ１２だけＹ方向にずらして配置される。ここで、例えば、スロット反射素子長は３．６ｍｍ（１／２波長以上）、スロット反射素子幅は０．２ｍｍ、距離Ｌ１１及びＬ１２はそれぞれ１ｍｍ及び３ｍｍに設定される。
【００７２】
以上のように構成することにより、アンテナ素子５０１及び５０２から放射された電波は、スロット導波素子１１０１ａ〜１１０１ｃ及び１１０２ａ〜１１０２ｃ、スロット反射素子１１０３ａ〜１１０３ｃ及び１１０４ａ〜１１０４ｃにより、さらに主ビーム方向側へ向けられるため、利得及びＦ／Ｂ比を向上させることができる。
【００７３】
図１２は、図１１においてアンテナ素子５０１をマイクロストリップライン５０９により給電部５から励振した場合の指向性及びアンテナ素子５０２をマイクロストリップライン５１１により給電部７から励振した場合の指向性を示す図である。図１２（ａ）は、垂直（ＸＺ）面の指向性、図１２（ｂ）は仰角θが５０度における円錐面の指向性を示している。
【００７４】
図１２において、指向性１２０１及び１２０３は、アンテナ素子５０１を給電部５から励振した場合の垂直偏波Ｅθ成分の指向性を示しており、主ビームが−Ｘ方向へ向いていることが確認できる。このときの主ビームの指向性利得は１４ｄＢｉである。
【００７５】
また、指向性１２０２及び１２０４は、アンテナ素子５０２を給電部７から励振した場合の垂直偏波Ｅθ成分の指向性を示しており、主ビームが＋Ｘ方向へ向いていることが確認できる。このように、アンテナ素子５０１及び５０２を切替励振することにより主ビーム方向を２方向に切り替えられ、検知範囲を切り替えることができるとともに、図１２（ｂ）と図６（ｂ）に示す指向性を比較すると、スロット導波素子１１０１ａ〜１１０１ｃ及び１１０２ａ〜１１０２ｃ、スロット反射素子１１０３ａ〜１１０３ｃ及び１１０４ａ〜１１０４ｃを装荷することで、利得とＦ／Ｂ比が向上していることが確認できる。
【００７６】
図１３は、アンテナ素子５０１をマイクロストリップライン５１０により給電部６から励振した場合の指向性及びアンテナ素子５０２をマイクロストリップライン５１２により給電部８から励振した場合の指向性を示す図であり、図１３（ａ）は垂直（ＸＺ）面の指向性、図１３（ｂ）は仰角θが５０度における円錐面の指向性を示している。
【００７７】
図１３において、指向性１３０１及び１３０３はアンテナ素子５０１を給電部６から励振した場合の垂直偏波Ｅθ成分の指向性、指向性１３０２及び１３０４はアンテナ素子５０２を給電部８から励振した場合の垂直偏波Ｅθ成分の指向性を示しており、図７（ｂ）に比べ利得及びＦ／Ｂ比が向上していることが確認できる。
【００７８】
以上のように、本実施の形態によれば、スロット導波素子及びスロット反射素子をアンテナ素子５０１及び５０２の主ビーム方向側及び主ビームの反対方向側にそれぞれ所定の間隔を隔てて、アンテナ素子と同一面に配置することで、高利得でＦ／Ｂ比が良好な指向性を有するレーダ装置を実現することができる。このため、検知距離を長くすることができるとともに、主ビーム方向以外の障害物から反射してくる電波の受信レベルを低減させることでき、検知精度を向上することができる。
【００７９】
なお、本実施の形態では、スロット素子構成として説明したが、実施の形態１で説明した線状素子構成においても線状導波素子及び線状反射素子を用いることにより、同様の効果が得られる。
【００８０】
また、本実施の形態では、導波素子と反射素子をそれぞれ複数用いて説明したが、少なくともいずれか１素子以上用いることで、同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明に係るレーダ装置は、ビーム方向が異なる２つのアンテナ素子を切替励振することで、検知方向を切り替えることができるとともに、それぞれのアンテナ素子に複数の給電部を設け、送受共用させることで、共用部品が不要となるので、良好な受信感度を有する平面構造で生産性の優れたレーダ装置を実現できるという効果を有し、車載用等のレーダ装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の実施の形態１に係るレーダ装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態１に係るレーダ装置におけるアンテナ素子の構成図
【図３】本発明の実施の形態１に係るレーダ装置の、（ａ）垂直（ＸＺ）面の指向性を示す図、（ｂ）仰角θが７０度における円錐面の指向性を示す図
【図４】本発明の実施の形態１に係るレーダ装置の、（ａ）垂直（ＸＺ）面の指向性を示す図、（ｂ）仰角θが７０度における円錐面の指向性を示す図
【図５】本発明の実施の形態２に係るレーダ装置の構成図
【図６】本発明の実施の形態２に係るレーダ装置の、（ａ）垂直（ＸＺ）面の指向性を示す図、（ｂ）仰角θが５０度における円錐面の指向性を示す図
【図７】本発明の実施の形態２に係るレーダ装置の、（ａ）垂直（ＸＺ）面の指向性を示す図、（ｂ）仰角θが５０度における円錐面の指向性を示す図
【図８】本発明の実施の形態３に係るレーダ装置の構成図
【図９】本発明の実施の形態３に係るレーダ装置の、（ａ）垂直（ＸＺ）面の指向性を示す図、（ｂ）仰角θが５０度における円錐面の指向性を示す図
【図１０】本発明の実施の形態３に係るレーダ装置の、（ａ）垂直（ＸＺ）面の指向性を示す図、（ｂ）仰角θが５０度における円錐面の指向性を示す図
【図１１】本発明の実施の形態４に係るレーダ装置の構成図
【図１２】本発明の実施の形態４に係るレーダ装置の、（ａ）垂直（ＸＺ）面の指向性を示す図、（ｂ）仰角θが５０度における円錐面の指向性を示す図
【図１３】本発明の実施の形態４に係るレーダ装置の、（ａ）垂直（ＸＺ）面の指向性を示す図、（ｂ）仰角θが５０度における円錐面の指向性を示す図
【符号の説明】
【００８３】
１、２、３、４、５、６、７、８    給電部
１０１    送信部
１０２    受信部
１０３、１０４    スイッチ素子
１０５、１０６    アンテナ素子
１０７    パルス発生器
１０８    発振器
１０９    方向性結合器
１１０    ミキサ
１１１    信号処理部
２０１ａ〜２０１ｄ、２０２ａ〜２０２ｄ、２０３ａ〜２０３ｄ    線状素子
２０４ａ、２０４ｂ、２０５ａ、２０５ｂ    線状連結素子
２０６ａ、２０６ｂ    線状迂回素子
３０１〜３０４、４０１〜４０４    指向性
５０６    反射板
５０９〜５１２    マイクロストリップライン
５２１ａ〜５２１ｄ、５２２ａ〜５２２ｄ、５２３ａ〜５２３ｄ    スロット素子
５２４ａ、５２４ｂ、５２５ａ、５２５ｂ    スロット連結素子
５２６ａ、５２６ｂ    スロット迂回素子
１１０１ａ〜１１０１ｃ、１１０２ａ〜１１０２ｃ    スロット導波素子
１１０３ａ〜１１０３ｃ、１１０４ａ〜１１０４ｃ    スロット反射素子
【図１】
2006319865.tif 000003
【図２】
2006319865.tif 000004
【図３】
2006319865.tif 000005
【図４】
2006319865.tif 000006
【図５】
2006319865.tif 000007
【図６】
2006319865.tif 000008
【図７】
2006319865.tif 000009
【図８】
2006319865.tif 000010
【図９】
2006319865.tif 000011
【図１０】
2006319865.tif 000012
【図１１】
2006319865.tif 000013
【図１２】
2006319865.tif 000014
【図１３】
2006319865.tif 000015