(57)【要約】【課題】仰角方向の走査範囲におけるグレーティングローブの増加を低減しつつ車両高さ方向における検知角度範囲を広くできる電子走査方式の車両用アンテナ装置を提供することを課題とする。【解決手段】本発明は、車両高さ方向の高さが車幅方向の幅よりも大きい複数のアレーアンテナ素子が、車幅方向に並べて配置された車載の電子走査方式の車両用アンテナ装置であって、車両高さ方向に１段となるように設けられたアレーアンテナ素子と、車両高さ方向に２段となるように設けられたアレーアンテナ素子とが、車幅方向視において部分的に重なる状態で、車幅方向に交互に配置されていることを特徴とする。【選択図】図２
2015226291.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両高さ方向の高さが車幅方向の幅よりも大きい複数のアレーアンテナ素子が、前記車幅方向に並べて配置された車載の電子走査方式の車両用アンテナ装置であって、
前記車両高さ方向に１段となるように設けられたアレーアンテナ素子と、前記車両高さ方向に２段となるように設けられたアレーアンテナ素子とが、車幅方向視において部分的に重なる状態で、前記車幅方向に交互に配置されていることを特徴とする電子走査方式の車両用アンテナ装置。
【請求項２】
前記車幅方向視において部分的に重なる状態とは、前記車両高さ方向に２段となるように設けられたアレーアンテナ素子のうち、前記車両高さ方向の上側に配置された上段のアレーアンテナ素子と、前記車両高さ方向の下側に配置された下段のアレーアンテナ素子との中間位置に対応する前記車両高さ方向の高さにて、前記車両高さ方向に１段となるように設けられたアレーアンテナ素子が中段のアレーアンテナ素子として配置されている状態である請求項１に記載の電子走査方式の車両用アンテナ装置。
【請求項３】
前記車幅方向視において部分的に重なる状態とは、前記中段のアレーアンテナ素子の前記車両高さ方向における半分の位置から前記車幅方向へ仮想線を引いた場合、前記上段のアレーアンテナ素子と、前記下段のアレーアンテナ素子とが、前記仮想線に対して前記車両高さ方向において対称となる高さに配置されている状態であることを特徴とする請求項２に記載の電子走査方式の車両用アンテナ装置。
【請求項４】
前記電子走査方式の車両用アンテナ装置は、
所定の周期性を持って配列される第一のアンテナ素子配列を前記上段のアレーアンテナ素子の配列パターンとして含み、且つ、前記第一のアンテナ素子配列における周期性とは異なる所定の周期性を持って配列される第二のアンテナ素子配列を前記中段のアレーアンテナ素子の配列パターンとして含み、且つ、前記第一のアンテナ素子配列及び前記第二のアンテナ素子配列のうち少なくとも一方における周期性とは異なる所定の周期性を持って配列される第三のアンテナ素子配列を前記下段のアレーアンテナ素子の配列パターンとして含むように、複数のアレーアンテナ素子が配列されており、
前記第一のアンテナ素子配列から形成される第一指向性パターンと、前記第二のアンテナ素子配列から形成される第二指向性パターンと、前記第三のアンテナ素子配列から形成される第三指向性パターンと、を合成することにより、グレーティングローブの形成を抑制する処理を実行し、
前記第一のアンテナ素子配列のアンテナ素子間隔である第一素子間隔と、前記第二のアンテナ素子配列のアンテナ素子間隔である第二素子間隔と、前記第三のアンテナ素子配列のアンテナ素子間隔である第三素子間隔と、は共に、電波の波長の０．５倍以上の間隔であることを満たし、
前記第一素子間隔と前記第二素子間隔と前記第三素子間隔とは、共に、数式１を満たすようなアンテナ素子間隔として設定される最小アンテナ素子間隔の整数倍の間隔であり、
０＜Ｄ＜（０．５λ／ｓｉｎ｜α｜）    ・・・（数式１）
（数式１において、Ｄは最小アンテナ素子間隔を示し、αは所定の検知角度範囲を示し、λは電波の波長を示す）
前記第一素子間隔を前記最小アンテナ素子間隔の整数倍とする整数である第一の整数と、前記第二素子間隔を前記最小アンテナ素子間隔の整数倍とする整数である第二の整数と、前記第三素子間隔を前記最小アンテナ素子間隔の整数倍とする整数である第三の整数と、は互いに素な関係であり、且つ、共に２以上の正の整数であることを満たすことを特徴とする請求項２又は３に記載の電子走査方式の車両用アンテナ装置。
【請求項５】
前記第一のアンテナ素子配列に含まれる複数の上段のアレーアンテナ素子のうち少なくとも１つのアレーアンテナ素子の車両高さ方向の高さは、当該第一のアンテナ素子配列に含まれる他のアレーアンテナ素子の車両高さ方向の高さよりも前記第二のアンテナ素子配列側へ車両高さ方向に沿って近づくように移動した位置に配置され、且つ、前記第三のアンテナ素子配列に含まれる複数の下段のアレーアンテナ素子のうち少なくとも１つのアレーアンテナ素子の車両高さ方向の高さは、当該第三のアンテナ素子配列に含まれる他のアレーアンテナ素子の車両高さ方向の高さよりも前記第二のアンテナ素子配列側へ車両高さ方向に沿って近づくように移動した位置に配置されることを特徴とする請求項４に記載の電子走査方式の車両用アンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載される電子走査方式の車両用アンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダ装置において、検知精度上、水平方向走査に加えて仰角方向走査も行うことが望ましい。そこで、従来から水平方向走査と仰角方向走査を行う技術が開発されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、アンテナ素子を縦横に多数配置し、電子ビーム走査で水平方向走査と仰角方向走査を行うアレーアンテナ装置が開示されている。ここで、特許文献１に記載の技術では、水平方向走査を実現するためにアンテナ素子を横一列に並べ、これに加えて仰角方向走査も実現するためにアンテナ素子を縦方向にも並べている。そのため、特許文献１に記載の技術では、全体のアンテナ素子数が増加し、このアンテナ素子数の増加に伴って高周波回路などの数も増加するため、結果的に製造コストが高くなる。
【０００４】
製造コストを抑えるためにはアンテナ素子数を減らす必要があるが、単純にアンテナ素子数を減らすとアンテナ全体の開口面積が減ってしまいアンテナの利得が低下してしまう。また、ビーム幅が大きくなり角度分解能も低下してしまう。これに対しては、例えば１つのアンテナ素子のサイズを大きくすることで、アンテナ全体の開口面積を減らさずにアンテナ素子数を減らすことは可能である。しかし、この場合はアンテナ素子同士の素子間隔が大きくなるので、位相折返しの生じない最大角度である最大検知角が小さくなり、その結果メインローブの近くにグレーティングローブも発生してしまうことになる。
【０００５】
グレーティングローブ対策としては、実用上、グレーティングローブ発生方向のアンテナ素子の利得を低下させることで対応することができる。グレーティングローブ発生方向のアンテナ素子の利得を十分に下げるためにはグレーティングローブの発生方向をメインローブ方向から離すほど有利になる。
【０００６】
例えば、特許文献２には、横長のアンテナ素子が水平方向に複数個連結されたアレーアンテナのまとまりを２段とし、同方向に部分的にオーバーラップさせたアンテナ配置構造が開示されている。具体的には、特許文献２には、上下二段の横長アンテナの一方を水平方向に１／２素子分だけオフセットする例が開示されている。この場合、水平方向の素子間隔が等価的にアンテナ素子サイズに比べて狭くなるため水平方向のグレーティングローブの発生角度をメインローブから離すことができる。一方、縦方向の素子間隔がアンテナ素子高さとなるため、グレーティングローブの発生角度をメインローブから離すことはできない。
【０００７】
ここで、電子走査方式の車両用レーダ装置においては、検出対象となる車両周辺の物体は水平方向に存在するため、主に水平方向に一列に並べたアンテナで水平方向走査を行っている。このため、車両用レーダ装置の走査範囲は、一般的に水平方向に広く、仰角方向に狭いため、アンテナ素子サイズは縦長になるのが一般的である。これは、車両周辺の物体を検出する場合には、検出対象が存在する仰角範囲は限定されるため、そのアンテナ指向性パターンは、方位角方向に広く、仰角方向に狭い形状が好ましいとされているからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−１３５５３０号公報
【特許文献２】特表２００９−５１３０３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、電子走査方式の車両用レーダ装置において仰角走査を行う場合には、縦長のアンテナ素子を上下に並べることが考えられる。しかしながら、このような場合、縦方向のアンテナ素子間距離が大きくなることから仰角方向の走査範囲におけるグレーティングローブの増加が課題となる。
【００１０】
本発明は、仰角方向の走査範囲におけるグレーティングローブの増加を低減しつつ車両高さ方向における検知角度範囲を広くできる電子走査方式の車両用アンテナ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】
【００１１】
本発明の電子走査方式の車両用アンテナ装置は、車両高さ方向の高さが車幅方向の幅よりも大きい複数のアレーアンテナ素子が、前記車幅方向に並べて配置された車載の電子走査方式の車両用アンテナ装置であって、前記車両高さ方向に１段となるように設けられたアレーアンテナ素子と、前記車両高さ方向に２段となるように設けられたアレーアンテナ素子とが、車幅方向視において部分的に重なる状態で、前記車幅方向に交互に配置されていることを特徴とする。
【００１２】
前記電子走査方式の車両用アンテナ装置において、前記車幅方向視において部分的に重なる状態とは、前記車両高さ方向に２段となるように設けられたアレーアンテナ素子のうち、前記車両高さ方向の上側に配置された上段のアレーアンテナ素子と、前記車両高さ方向の下側に配置された下段のアレーアンテナ素子との中間位置に対応する前記車両高さ方向の高さにて、前記車両高さ方向に１段となるように設けられたアレーアンテナ素子が中段のアレーアンテナ素子として配置されている状態であることが好ましい。
【００１３】
前記電子走査方式の車両用アンテナ装置において、前記車幅方向視において部分的に重なる状態とは、前記中段のアレーアンテナ素子の前記車両高さ方向における半分の位置から前記車幅方向へ仮想線を引いた場合、前記上段のアレーアンテナ素子と、前記下段のアレーアンテナ素子とが、前記仮想線に対して前記車両高さ方向において対称となる高さに配置されている状態であることが好ましい。
【００１４】
前記電子走査方式の車両用アンテナ装置において、当該電子走査方式の車両用アンテナ装置は、所定の周期性を持って配列される第一のアンテナ素子配列を前記上段のアレーアンテナ素子の配列パターンとして含み、且つ、前記第一のアンテナ素子配列における周期性とは異なる所定の周期性を持って配列される第二のアンテナ素子配列を前記中段のアレーアンテナ素子の配列パターンとして含み、且つ、前記第一のアンテナ素子配列及び前記第二のアンテナ素子配列のうち少なくとも一方における周期性とは異なる所定の周期性を持って配列される第三のアンテナ素子配列を前記下段のアレーアンテナ素子の配列パターンとして含むように、複数のアレーアンテナ素子が配列されており、前記第一のアンテナ素子配列から形成される第一指向性パターンと、前記第二のアンテナ素子配列から形成される第二指向性パターンと、前記第三のアンテナ素子配列から形成される第三指向性パターンと、ｗ合成することにより、グレーティングローブの形成を抑制する処理を実行し、前記第一のアンテナ素子配列のアンテナ素子間隔である第一素子間隔と、前記第二のアンテナ素子配列のアンテナ素子間隔である第二素子間隔と、前記第三のアンテナ素子配列のアンテナ素子間隔である第三素子間隔と、は共に、電波の波長の０．５倍以上の間隔であることを満たし、前記第一素子間隔と前記第二素子間隔と前記第三素子間隔とは、共に、数式１を満たすようなアンテナ素子間隔として設定される最小アンテナ素子間隔の整数倍の間隔であり、
０＜Ｄ＜（０．５λ／ｓｉｎ｜α｜）    ・・・（数式１）
（数式１において、Ｄは最小アンテナ素子間隔を示し、αは所定の検知角度範囲を示し、λは電波の波長を示す）
前記第一素子間隔を前記最小アンテナ素子間隔の整数倍とする整数である第一の整数と、前記第二素子間隔を前記最小アンテナ素子間隔の整数倍とする整数である第二の整数と、前記第三素子間隔を前記最小アンテナ素子間隔の整数倍とする整数である第三の整数と、は互いに素な関係であり、且つ、共に２以上の正の整数であることを満たすことが好ましい。
【００１５】
前記電子走査方式の車両用アンテナ装置において、前記第一のアンテナ素子配列に含まれる複数の上段のアレーアンテナ素子のうち少なくとも１つのアレーアンテナ素子の車両高さ方向の高さは、当該第一のアンテナ素子配列に含まれる他のアレーアンテナ素子の車両高さ方向の高さよりも前記第二のアンテナ素子配列側へ車両高さ方向に沿って近づくように移動した位置に配置され、且つ、前記第三のアンテナ素子配列に含まれる複数の下段のアレーアンテナ素子のうち少なくとも１つのアレーアンテナ素子の車両高さ方向の高さは、当該第三のアンテナ素子配列に含まれる他のアレーアンテナ素子の車両高さ方向の高さよりも前記第二のアンテナ素子配列側へ車両高さ方向に沿って近づくように移動した位置に配置されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る電子走査方式の車両用アンテナ装置によれば、仰角方向の走査範囲におけるグレーティングローブの増加を低減しつつ車両高さ方向における検知角度範囲を広くできるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、実施形態１における車両用レーダ装置の構成の一例を示す図である。
【図２】図２は、実施形態１における電子走査方式の車両用アンテナ装置の一例を示す図である。
【図３】図３は、実施形態１における電子走査方式の車両用アンテナ装置の別の一例を示す図である。
【図４】図４は、実施形態１における処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】図５は、従来のアレーアンテナ素子の配置構造の一例を示す図である。
【図６】図６は、アレーアンテナ素子の配置構造の違いによるアレーファクタの比較例を示す図である。
【図７】図７は、実施形態２における電子走査方式の車両用アンテナ装置の一例を示す図である。
【図８】図８は、受信波の位相関係の一例を示す図である。
【図９】図９は、アンテナ指向性の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、実施形態２におけるアレーアンテナ素子の配置構造によるアレーファクタの一例を示す図である。
【図１１】図１１は、実施形態２の変形例におけるアレーアンテナ素子の配置構造の一例を示す図である。
【図１２】図１２は、実施形態２の変形例におけるアレーアンテナ素子の配置構造によるアレーファクタの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明にかかるアレーアンテナ素子の配置構造を有する電子走査方式の車両用アンテナ装置を備えた、車両に搭載される車両用レーダ装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。
【００１９】
［実施形態１］
実施形態１について、図１〜図６を参照して説明する。図１は、実施形態１における車両用レーダ装置１００の構成の一例を示す図である。
【００２０】
図１に示すように、実施形態１における車両用レーダ装置１００は、第１アレーアンテナ装置３０と、距離・速度検出部４０−１〜１０と、方位・仰角検出部５０とを備えて構成される。
【００２１】
ここで、図２を参照して、本発明にかかる第１アレーアンテナ装置３０について説明する。第１アレーアンテナ装置３０は、本発明にかかる電子走査方式の車両用アンテナ装置に対応する。図２は、実施形態１における電子走査方式の車両用アンテナ装置の一例を示す図である。
【００２２】
図２に示すように、第１アレーアンテナ装置３０は、複数のアレーアンテナ素子２０を車幅方向及び車両高さ方向に配置したアレーアンテナ装置である。アレーアンテナ素子２０は、第１アレーアンテナ装置３０の構成素子である。ここで、アレーアンテナ素子２０自体が複数のアンテナ素子１０からなるアレーアンテナであってもよい。アレーアンテナ素子２０は、車両高さ方向の高さが車幅方向の幅よりも大きい縦長の長方形状である。アレーアンテナ素子２０の幅は車幅方向に対して並行であり、アレーアンテナ素子２０の高さは車両高さ方向に沿って並行である。本実施形態において、車幅方向は、水平方向及び横方向に対応する。車両高さ方向は、仰角方向及び縦方向に対応する。図２において、複数のアンテナ素子１０は、各アレーアンテナ素子２０の車両高さ方向に並べて配置される。
【００２３】
第１アレーアンテナ装置３０において、車両高さ方向に１段となるように設けられたアレーアンテナ素子２０と、車両高さ方向に２段となるように設けられたアレーアンテナ素子２０とが、車幅方向視において部分的に重なる状態で、車幅方向に交互に配置されている。
【００２４】
ここで、車幅方向視において部分的に重なる状態とは、図２に示すように、車両高さ方向に２段となるように設けられたアレーアンテナ素子２０のうち、車両高さ方向の上側に配置された上段のアレーアンテナ素子と、車両高さ方向の下側に配置された下段のアレーアンテナ素子との中間位置に対応する車両高さ方向の高さにて、車両高さ方向に１段となるように設けられたアレーアンテナ素子２０が中段のアレーアンテナ素子として配置されている状態である。より具体的には、中段のアレーアンテナ素子の車両高さ方向における半分の位置から車幅方向へ仮想線を引いた場合、上段のアレーアンテナ素子と、下段のアレーアンテナ素子とが、仮想線に対して車両高さ方向において対称となる高さに配置されている状態である。この仮想線に対して車両高さ方向において対称となる高さに配置されている状態とは、例えば、図２に示すように、アレーアンテナ素子２０が、１段の列（中段の列）と２段の列（上段と下段の列）において、互いにアレーアンテナ素子２０の高さの１／２分ずつ重なる状態であることが好ましい。
【００２５】
本実施形態において、アレーアンテナ素子２０が１段の列と２段の列で重なる状態の程度は、中段のアレーアンテナ素子が上段のアレーアンテナ素子と下段のアレーアンテナ素子との中間の高さに位置していればよい。例えば、車両高さ方向の上側に配置された上段のアレーアンテナ素子の上端から、車両高さ方向の下側に配置されたアレーアンテナ素子の下端までの長さが、１つのアレーアンテナ素子２０の高さの２倍〜２．５倍の範囲であればよい。言い換えると、アレーアンテナ素子２０が１段の列（中段の列）と２段の列（上段と下段の列）において、当該互いにアレーアンテナ素子２０の高さの１／２〜１／４程度重なる状態であればよい。
【００２６】
また、本実施形態において、アレーアンテナ素子２０が１段の列と２段の列で重なる状態は、一方のアレーアンテナ素子２０が他方のアレーアンテナ素子２０上に覆い被さるように重なる状態を含まない。つまり、第１アレーアンテナ装置３０において、複数のアレーアンテナ素子２０は、互いに覆い被さらないように車幅方向に並べられて配置される。
【００２７】
なお、実施形態１の車両用レーダ装置１００が備える電子走査方式の車両用アンテナ装置として、図２に示した第１アレーアンテナ装置３０を一例に挙げたが、これに限定されない。実施形態１の車両用レーダ装置１００が備える電子走査方式の車両用アンテナ装置としては、図３に示す第２アレーアンテナ装置６０を用いてもよい。図３は、実施形態１における電子走査方式の車両用アンテナ装置の別の一例を示す図である。
【００２８】
図３に示すように、第２アレーアンテナ装置６０は、複数のアレーアンテナ素子７０を車幅方向及び車両高さ方向に配置したアレーアンテナ装置である。アレーアンテナ素子７０は、第２アレーアンテナ装置６０の構成素子である。アレーアンテナ素子７０は、車両高さ方向の高さが車幅方向の幅よりも大きい縦長の長方形状である。アレーアンテナ素子７０の幅は車幅方向に対して並行であり、アレーアンテナ素子７０の高さは車両高さ方向に沿って並行である。図２に示した第１アレーアンテナ装置３０では、複数のアンテナ素子１０からなる縦長の長方形状である複数のアレーアンテナ素子２０を車幅方向に並べて配置しているが、図３に示す第２アレーアンテナ装置７０では、複数のアンテナ素子１０からなるアレーアンテナとしてのアレーアンテナ素子２０ではなく、単一アンテナ素子としてのアレーアンテナ素子７０を車幅方向に並べて配置する点で異なる。以下、説明の便宜上、電子走査方式の車両用アンテナ装置として第１アレーアンテナ装置３０を一例に説明する。
【００２９】
図１に戻り、実施形態１の車両用レーダ装置１００の構成の説明を続ける。
【００３０】
図１において、距離・速度検出部４０−１〜１０は、第１アレーアンテナ装置３０の各アレーアンテナ素子２０で受信した信号から、ターゲットの距離・速度を検出する距離・速度検出手段である。本実施形態において、距離・速度検出部４０−１〜１０は、当該技術分野で用いられる距離・速度の検出手法によってターゲットの距離・速度を検出する。距離・速度検出部４０−１〜１０は、第１アレーアンテナ装置３０上の全アレーアンテナ素子２０を使用して検出処理を行う。距離・速度検出部４０−１〜１０は、ターゲットの距離・速度の検出結果を方位・仰角検出部５０へ出力する。
【００３１】
方位・仰角検出部５０は、距離・速度検出部４０−１〜１０の検出結果を用いてターゲットの方位及び仰角を検出してこの検出結果を出力する方位・仰角検出手段である。本実施形態において、方位・仰角検出部５０は、当該技術分野で用いられる方位・仰角の検出手法によってターゲットの方位・仰角を検出する。なお、方位・仰角検出部５０により出力される検出結果の一例については図６を参照して後述する。
【００３２】
以上のように構成された実施形態１の車両用レーダ装置１００による検出結果出力処理の一例について図４を参照して説明する。図４は、実施形態１における処理の一例を示すフローチャートである。
【００３３】
図４に示すように、距離・速度検出部４０−１〜１０は、第１アレーアンテナ装置３０の各アレーアンテナ素子２０で受信した信号から、ターゲットの距離・速度を検出する（ステップＳ１）。そして、方位・仰角検出部５０は、ステップＳ１にて距離・速度検出部４０−１〜１０により検出された検出結果を用いてターゲットの方位及び仰角を検出する（ステップＳ２）。そして、方位・仰角検出部５０は、ステップＳ２での検出結果を出力する（ステップＳ３）。なお、方位・仰角検出部５０により出力される検出結果の一例については図６を参照して後述する。
【００３４】
以上説明したように、実施形態１のアレーアンテナ素子の配置構造を有する車両用アレーアンテナ装置によれば、以下に説明するように、従来の仰角方向走査用のアレーアンテナ装置における課題を解決することができる。
【００３５】
ところで、従来のレーダ装置で仰角方向の情報を得るには、水平方向走査用の縦長のアレーアンテナ素子を上下方向に並べて配置する必要があった。従来の仰角方向走査用のアレーアンテナ装置の一般的な構成としては、例えば、図５に示すように、水平方向走査用の縦長のアレーアンテナ素子を車両高さ方向に２段となるように設けた状態で、この２段のアレーアンテナ素子を車幅方向に向かって複数並べて配置する構造が考えられる。図５は、従来のアレーアンテナ素子の配置構造の一例を示す図である。しかし、図５に示すような従来のアレーアンテナ素子の配置構造では、例えば、アンテナのチャンネル数が増加してしまうといった課題や、車両高さ方向のアンテナ素子間隔が広くなってしまうため、仰角方向のグレーティングローブが狭い角度で発生するといった課題が生じてしまう（後述の図６における、従来のアレーアンテナ素子の配置構造によるアレーファクタの検出結果を参照）。
【００３６】
これに対し、実施形態１のアレーアンテナ素子の配置構造を有する車両用アレーアンテナ装置は、上述の図２の第１アレーアンテナ装置３０及び図３の第２アレーアンテナ装置６０のように、１列おきにアレーアンテナ素子が１段、２段と繰り返す配置構造を有するアレーアンテナ装置となっている。このようなアレーアンテナ素子の配置構造によって、従来の仰角方向走査用のアレーアンテナ装置において生じていたアンテナ素子間隔が上下方向に広くなってしまうという課題を解決することができる。その結果、例えば、アンテナのチャンネル数の増加を低減でき、また、車両高さ方向のアンテナ素子間隔が狭くなることで、仰角方向のグレーティングローブ発生角度をメインローブから離すことが可能となる（後述の図６における、実施形態１のアレーアンテナ素子の配置構造によるアレーファクタの検出結果を参照）。
【００３７】
ここで、アレーアンテナの指向性は、アレーアンテナ素子単体の指向性（エレメントファクタ）と、アレーアンテナ素子の配置構造とその励起条件（振幅・位相）によって決定されるアレーファクタとの積によって求められる。アレーアンテナ素子の配置構造によるグレーティングローブ発生角度の違いを確認するため、一例として基本となるアンテナ素子間隔を縦５λ×横１．５λ（ここで、実施形態１のアレーアンテナ素子の配置構造において縦方向オフセット量は２．５λ）と仮定して求めたアレーファクタを図６に示す。図６は、アレーアンテナ素子の配置構造の違いによるアレーファクタの比較例を示す図である。図６に示す実施形態１のアレーアンテナの素子構造のアレーファクタは、上述の方位・仰角検出部５０により出力される検出結果の一例である。図６の例では、従来及び実施形態１のアレーアンテナ素子の配置構造は共に、各アレーアンテナ素子数を１０素子で統一している。図６のアレーファクタの検出結果において、励振分布は一様励振、メインローブの方向は正面方向（仰角と方位角がともに０度の方向）とする。つまり、正面方向以外の強いローブは全てグレーティングローブである。
【００３８】
図６に示すように、従来のアレーアンテナ素子の配置構造によるアレーファクタの検出結果では、グレーティングローブが仰角方向において近接して生じている。具体的には、図６において、方位角０度上にグレーティングローブがメインローブに近接して４つ存在している。一方、実施形態１のアレーアンテナ素子の配置構造によるアレーファクタの検出結果では、水平方向にグレーティングローブが発生しているものの、従来のアレーアンテナ素子の配置構造において仰角方向において近接して発生していたグレーティングローブは、メインローブから離れた角度に移動している。なお、グレーティングローブについては、エレメントファクタや送信アンテナ指向性との積で抑圧することになる。しかし、ビーム走査を行うとメインローブの移動に伴ってグレーティングローブの位置も移動するため、実施形態１のアレーアンテナ素子の配置構造のよるアレーファクタのように、グレーティングローブの発生位置がメインローブから離れていることは、検出誤差を低減させる点で重要である。
【００３９】
具体的に図６を例に説明すると、実施形態１のアレーアンテナ素子の配置構造によるアレーファクタの検出結果では、仰角方向（方位０度で、仰角は−３０〜＋３０度範囲）以外に、４カ所（方位角±２０度及び仰角±１２度付近）でグレーティングローブが発生しているものの、仰角方向（すなわち、方位角０度線上）では、従来と比較して、メインローブの発生角度（方位０度及び仰角０度）からより離れた角度にグレーティングローブの発生角度が移動している。例えば、従来では、仰角方向においてメインローブに最も近接していた２つのグレーティングローブの発生角度は、夫々、方位０度及び仰角±１２度付近であった。一方、実施形態１では、仰角方向において、メインローブに最も近接していた２つのグレーティングローブの発生角度は、夫々、方位０度及び仰角±２５度付近となり、従来と比べてメインローブから離れた角度になっている。その結果、図６において、従来のアレーアンテナ素子の配置構造によるアレーファクタの検出結果では、仰角方向の走査範囲におけるグレーティングローブが４つ存在していたが、実施形態１のアレーアンテナ素子の配置構造によるアレーファクタの検出結果では、仰角方向の走査範囲におけるグレーティングローブが２つに減少している。このように、実施形態１の車両用アンテナ装置によれば、仰角方向の走査範囲におけるグレーティングローブの増加を低減しつつ車両高さ方向における検知角度範囲を広くすることができる。
【００４０】
［実施形態２］
続いて、実施形態２について、図７〜図１０を参照して説明する。上述の実施形態１で説明したように、電子走査方式の車両用アンテナ装置としての第１アレーアンテナ装置３０及び第２アレーアンテナ装置６０では、アレーアンテナ素子が千鳥配置となったことにより、仰角方向以外にもグレーティングローブが発生するため（図６における、実施形態１のアレーアンテナ素子の配置構造によるアレーファクタの検出結果を参照）、これらへの対応が必要となる。そこで、実施形態２では、以下に説明するように、電子走査方式の車両用アンテナ装置としての第３アレーアンテナ装置８０を用いる。
【００４１】
なお、実施形態２において、車両用レーダ装置の構成は、第３アレーアンテナ装置８０を電子走査方式の車両用アンテナ装置として用いる点以外は基本的に実施形態１で示した車両用レーダ装置１００と同様であるため、距離・速度検出部や方位・仰角検出部等の説明を省略する。また、実施形態２の車両用レーダ装置による検出結果出力処理についても、出力される検出結果の内容が異なる点以外は、基本的に実施形態１で示した処理内容と同様であるため、説明を省略する。
【００４２】
以下、図７を参照して、実施形態２における電子走査方式の車両用アンテナ装置としての第３アレーアンテナ装置８０について説明する。図７は、実施形態２における電子走査方式の車両用アンテナ装置の一例を示す図である。
【００４３】
図７に示すように、第３アレーアンテナ装置８０は、複数のアレーアンテナ素子７１−１〜３，７２−１〜４，７３−１〜３を車幅方向及び車両高さ方向に配置したアレーアンテナ装置である。具体的には、実施形態２における第３アレーアンテナ装置８０は、複数の上段のアレーアンテナ素子７１−１〜３、複数の中段のアレーアンテナ素子７２−１〜４、及び、複数の下段のアレーアンテナ素子７３−１〜３を、夫々、車幅方向に並べて配置されたアレーアンテナ装置である。各アレーアンテナ素子７１−１〜３，７２−１〜４，７３−１〜３は、夫々、車両高さ方向の高さが車幅方向の幅よりも大きい縦長の長方形状である。各アンテナ素子の幅は車幅方向に対して並行であり、各アンテナ素子の高さは車両高さ方向に沿って並行である。
【００４４】
第３アレーアンテナ装置８０において、車両高さ方向に１段となるように設けられたアレーアンテナ素子７２−１〜４と、車両高さ方向に２段となるように設けられたアレーアンテナ素子７１−１〜３，７３−１〜３とが、車幅方向視において部分的に重なる状態で、車幅方向に交互に配置されている。ここで、車幅方向視において部分的に重なる状態は、車両高さ方向に２段となるように設けられたアレーアンテナ素子２０のうち、車両高さ方向の上側に配置された上段のアレーアンテナ素子７１−１〜３と、車両高さ方向の下側に配置された下段のアレーアンテナ素子７３−１〜３との中間位置に対応する車両高さ方向の高さにて、車両高さ方向に１段となるように設けられたアレーアンテナ素子が中段のアレーアンテナ素子７２−１〜４として配置されている状態である。
【００４５】
図７において、上段のアレーアンテナ素子７１−１〜３、中段のアレーアンテナ素子７２−１〜４、及び、下段のアレーアンテナ素子７３−１〜３の各段の車幅方向へのアンテナ素子間隔は、それぞれ異なっている。図７の例では、上段〜下段の各段のアンテナ素子間隔は、夫々、最小アンテナ素子間隔Ｄ（例えば、０．７５λ）に素な関係にある整数Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３（例えば、３，４，５）を掛けた値である。一例として、整数Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３を夫々、３，４，５とすると、上段のアンテナ素子間隔は３．７５λ間隔となり、中段のアンテナ素子間隔は３．００λ間隔となり、下段のアンテナ素子間隔は２．２５λ間隔となる。
【００４６】
言い換えると、第３アレーアンテナ装置８０において、上段のアンテナ素子７１−１〜３は、最小アンテナ素子間隔ＤのＫ３倍の間隔（図７において、第一素子間隔）で一直線上に配置されている。中段のアンテナ素子７２−１〜４は、最小アンテナ素子間隔ＤのＫ２倍の間隔（図７において、第二素子間隔）で一直線上に配置されている。下段のアンテナ素子７３−１〜３は、最小アンテナ素子間隔ＤのＫ１倍の間隔（図７において、第三素子間隔）で一直線上に配置されている。Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３は、互いに素な関係であり、かつ、共に２以上の正の整数である。
【００４７】
ここで、「互いに素な関係であり、かつ、共に２以上の正の整数」とは、２つの整数が１と−１以外に公約数を持たない場合の２数の関係である「互いに素な関係」になる正の整数のうち、１を除く２以上の正の整数であることを意味する。本実施形態において、互いに素な関係であり、かつ、共に２以上の正の整数は、「互いに素な２以上の正の整数」と呼ぶことがある。ここで、互いに素な２以上の正の整数は、３以上であることが好ましい。また、１つのアレーアンテナに配置されるアンテナ素子１０の総数は１０以下であることが好ましい。
【００４８】
本実施形態において、「最小アンテナ素子間隔」とは、ビーム走査を（電子走査）行う場合において所定の検知角度範囲でグレーティングローブを生じさせないように設定されたアンテナ素子間隔である。例えば、所定の検知角度範囲を±α度とすると、最小アンテナ素子間隔Ｄは、以下の数式１で示す範囲に設定する必要がある。例えば「α＝９０度」である場合には、アンテナ素子間隔は、０．５λより小さい値とする必要がある。λは、送受信電波の波長を示す。また、所定の検知角度範囲は、ターゲットが存在する所望方向を０度に設定すると、所定の検知角度範囲は０端から端まで±９０度となる。つまり、０度を中心に右方向へ９０度（＋９０度）まで検知し、０度を中心に左方向へ９０度（−９０度）まで検知する角度範囲となる。ここで、所定の検知角度範囲（この場合、−９０度＜θ＜＋９０度）は、送受信電波の指向角度（ビーム走査角度）の角度範囲に対応する。
０＜Ｄ＜（０．５λ／ｓｉｎ｜α｜）      ・・・（数式１）
【００４９】
ここで図７に加え、図８及び図９を参照して、最小アンテナ素子間隔Ｄを数式１で示す範囲に設定する理由を説明する。図８は、受信波の位相関係の一例を示す図である。図９は、アンテナ指向性の一例を示す図である。
【００５０】
アレーアンテナにおいては、素子アンテナ間距離をｄ、送受信電波（或いは電磁波）の波長をλとすると、ｄ／λ＞０．５のときには、グレーティングローブが可視領域（−９０度＜θ＜＋９０度）の範囲に現れる。ここで、可視領域は、指向性（アレーファクタ）が空間に現れる所定範囲をいう。θは、ターゲットが存在する所望方向を０度に設定した場合における電波の指向角度（ビーム走査角度）である。電波の指向角度θは、例えば、−９０度＜θ＜＋９０度の場合、０度を中心に右方向へ９０度（＋９０度）まで、及び、０度を中心に左方向へ９０度（−９０度）までの角度範囲内にある。つまり、この電波の指向角度θの角度範囲は、ビーム走査の角度範囲に対応する。ビーム走査とは、放射指向性のメインビーム方向を電子的に変える走査アンテナの方式の一つである。
【００５１】
グレーティングローブが可視領域に現れると、ターゲットを誤って検知するおそれがある。そのため、グレーティングローブを可視領域から除去するか、あるいはグレーティングローブの相対電力をメインローブに対して十分に抑制することが望ましい。ここで、波長λに対して素子アンテナ間距離ｄを十分に小さくすれば、グレーティングローブの発生する角度を可視領域外とすることが可能である。しかし、波長λ及び素子アンテナ間距離ｄは他の様々な条件の制約を受けており、安易に変更することは難しい。
【００５２】
例えば、図８に示すように、アレーアンテナのアンテナ素子間隔が比較的広いと、位相の循環性（３６０度が０度に戻るという事象）により所望方向から到来した電波を受信した場合の位相関係が等しくなる別の到来方向が存在する場合がある。ここで、所望方向はターゲットが存在する方向であり、別の到来方向はグレーティング方向である。この場合、図９に示すように、ターゲットが存在する所望方向のメインローブと同等のローブがグレーティング方向に生じる。このローブがグレーティングローブである。
【００５３】
レーダ用アンテナでグレーティングローブが発生すると、受信した信号が所望方向から到来したものか、グレーティング方向から到来したものか判別できずにターゲットの方向を誤検出する可能性がある。このグレーティングローブを完全に無くすにはアンテナ素子間隔を数式１に示すように０．５波長未満にする必要がある。
【００５４】
ところが、アンテナ素子を０．５λ間隔で並べると全体のアンテナサイズが小さくなり、アンテナの利得の低下や角度分解能低下をもたらすといった課題がある。また、アンテナ素子の間隔が狭く給電回路の実装が困難であるといった課題があるため、アンテナ素子を広い間隔で配置しながらグレーティングローブを抑制する必要がある。
【００５５】
そこで、図７に示すように、本実施形態における電子走査方式の車両用アンテナ装置では、数式１を満たす最小アンテナ素子間隔Ｄを設定し、この最小アンテナ素子間隔Ｄの異なる３つの正の整数（Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３）倍の間隔でアンテナ素子を配置している。ここで、各３つの正の整数（Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３）は、互いに素な２以上の正の整数である。
【００５６】
このように、実施形態２における電子走査方式の車両用アンテナ装置としての第３アレーアンテナ装置８０は、上段のアレーアンテナ素子７１−１〜３と、中段のアレーアンテナ素子７２−１〜４と、下段のアレーアンテナ素子７３−１〜３とが、夫々異なるアンテナ素子配列パターンを含むように配置されるアレーアンテナ素子の配置構造を有している。
【００５７】
具体的には、図７に示すように、第３アレーアンテナ装置８０では、所定の周期性を持って配列される第一のアンテナ素子配列を上段のアレーアンテナ素子７１−１〜３の配列パターンとして含むように、複数のアレーアンテナ素子７０が配列されている。また、第３アレーアンテナ装置８０では、第一のアンテナ素子配列における周期性とは異なる所定の周期性を持って配列される第二のアンテナ素子配列を中段のアレーアンテナ素子７２−１〜４の配列パターンとして含むように、複数のアレーアンテナ素子７０が配列されている。また、第３アレーアンテナ装置８０では、第一のアンテナ素子配列及び第二のアンテナ素子配列のうち少なくとも一方における周期性とは異なる所定の周期性を持って配列される第三のアンテナ素子配列を下段のアレーアンテナ素子７３−１〜３の配列パターンとして含むように、複数のアレーアンテナ素子７０が配列されている。
【００５８】
ここで、第一のアンテナ素子配列のアンテナ素子間隔である第一素子間隔（図７において、Ｄ×Ｋ３のアンテナ素子間隔）と、第二のアンテナ素子配列のアンテナ素子間隔である第二素子間隔（図７において、Ｄ×Ｋ３のアンテナ素子間隔）と、第三のアンテナ素子配列のアンテナ素子間隔である第三素子間隔（図７において、Ｄ×Ｋ１のアンテナ素子間隔）とは、共に、数式１を満たすようなアンテナ素子間隔として設定される最小アンテナ素子間隔Ｄの整数倍（Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３）の間隔である。この第一素子間隔を最小アンテナ素子間隔の整数倍とする整数である第一の整数Ｋ３と、この第二素子間隔を最小アンテナ素子の整数倍とする整数である第二の整数Ｋ２と、この第三素子間隔を最小アンテナ素子の整数倍とする整数である第三の整数Ｋ３と、は互いに素な関係であり、且つ、共に２以上の正の整数であることを満たしている。
【００５９】
よって、第一素子間隔と第二素子間隔と第三素子間隔とは共に、電波の波長λの０．５倍以上の間隔であることを満たしている。これにより、本実施形態における車両用アレーアンテナ装置では、アレーアンテナ素子を広い間隔で配置しながらグレーティングローブを抑制することできる。その結果、本実施形態におけるアレーアンテナによれば、アンテナ素子を０．５λ間隔で並べると全体のアンテナサイズが小さくなり、アンテナ利得の低下や角度分解能低下をもたらすという課題や、間隔が狭く給電回路の実装が困難であるといった課題を解決することもできる。
【００６０】
なお、図７では、アンテナ素子間隔の説明をする便宜上、アレーアンテナ素子７１−１〜３，７２−１〜４，７３−１〜３を単一アンテナ素子７０として説明したが、実態形態１の第１アレーアンテナ装置３０と同様に、各アンテナ素子７１−１〜３，７２−１〜４，７３−１〜３は、夫々、それ自体が複数のアンテナ素子１０からなるアレーアンテナであってもよい。
【００６１】
このようなアレーアンテナ素子の配置構造を有する第３アレーアンテナ装置８０（本発明にかかる電子走査方式の車両用アンテナ装置）を備える車両用レーダ装置は、第一のアンテナ素子配列から形成される第一指向性パターンと、第二のアンテナ素子配列から形成される第二指向性パターンと、第三のアンテナ素子配列から形成される第三指向性パターンと、を合成することにより、グレーティングローブの形成を抑制する。第一指向性パターン、第二指向性パターン、及び第三指向性パターンは、方位・仰角検出部５０で検出される３種類のアレーアンテナ素子配列夫々で受信した信号に基づく電力パターンである。
【００６２】
ここで、アンテナ素子間隔の異なる３つのアレーアンテナ素子配列（第一アンテナ素子配列、第二のアンテナ素子配列、第三のアンテナ素子配列）における指向性パターン（第一指向性パターンと、第二指向性パターンと、第三指向性パターン）は、数式１を満たす最小アンテナ素子間隔Ｄで決定される検知角度範囲内をメインローブで走査する場合、当該検知角度範囲内で生じるグレーティングローブの位置が重なることはなくなる。そのため、これらの指向性パターンを合成することによって、メインローブは足し合され、グレーティングローブは分散されることになるので、結果として、相対的にメインローブに対してグレーティングローブが抑圧されることになる。
【００６３】
これにより、例えば図１０に示すように、実施形態２のアレーアンテナ素子の配置構造を有する車両用アレーアンテナ装置によれば、実施形態１では発生していた仰角方向以外の水平方向におけるグレーティングローブの発生を抑制することができる（図１０における、実施形態２のアレーアンテナ素子の配置構造によるアレーファクタの検出結果を参照）。図１０は、実施形態２におけるアレーアンテナ素子の配置構造によるアレーファクタの一例を示す図である。図１０において、実施形態２のアレーアンテナの配置構造は、上述の図７に示した第３アレーアンテナ装置８０におけるアレーアンテナの配置構造に対応する。このようにして、第３アレーアンテナ装置８０では、各段のアンテナ素子間隔を互いに素な関係とすることによって、アレーアンテナサイズを大きくしてもグレーティングローブのレベルを抑圧することができ、実施形態１に対して方位分解能をより向上させることができる。
【００６４】
［実施形態２の変形例］
続いて、実施形態２の変形例について、図１１及び図１２を参照して説明する。上述の図７に示した第３アレーアンテナ装置８０におけるアレーアンテナの配置構造により、仰角方向以外の横方向におけるグレーティングローブの発生を抑制することはできたものの、図１０における実施形態２のアレーアンテナ素子の配置構造によるアレーファクタの検出結果に示すように、仰角方向に強いグレーティングローブが残っている。仰角方向のグレーティングローブについては、アレーアンテナ素子のハーフラップ（アレーアンテナ素子の１／２分だけ縦方向にオフセットすること）により直近のグレーティングローブが無くなったため、エレメントファクタとの積によってある程度は抑制可能である。しかし、メインローブを仰角方向に大きく走査する場合には依然として検出誤差を低減させる障害となる可能性がある。
【００６５】
そこで、実施形態２の変形例では、図１１に示すように、アレーアンテナ素子の縦方向間隔（車両高さ方向の間隔）についても横方向（車幅方向）と同様に分散させることによって仰角方向のグレーティングローブを抑制する。図１１は、実施形態２の変形例におけるアレーアンテナ素子の配置構造の一例を示す図である。
【００６６】
図１１に示すように、実施形態２の変形例に係る第４アレーアンテナ装置９０では、第一のアンテナ素子配列に含まれる複数の上段のアレーアンテナ素子７１−１〜３のうち少なくとも１つのアレーアンテナ素子（図１１において、アレーアンテナ素子７１’−１とアレーアンテナ素子７１’−３）の車両高さ方向の高さは、当該第一のアンテナ素子配列に含まれる他のアレーアンテナ素子（図１１において、アレーアンテナ素子７１−２）の車両高さ方向の高さよりも第二のアンテナ素子配列側へ車両高さ方向に沿って近づくように移動した位置に配置される。また、第４アレーアンテナ装置９０では、第三のアンテナ素子配列に含まれる複数の下段のアレーアンテナ素子７３−１〜３のうち少なくとも１つのアレーアンテナ素子（図１１において、アレーアンテナ素子７３’−１とアレーアンテナ素子７３’−３）の車両高さ方向の高さは、当該第三のアンテナ素子配列に含まれる他のアレーアンテナ素子（図１１において、アレーアンテナ素子７３−２）の車両高さ方向の高さよりも第二のアンテナ素子配列側へ車両高さ方向に沿って近づくように移動した位置に配置される。
【００６７】
このように、実施形態２の変形例に係る第４アレーアンテナ装置９０では、中段のアレーアンテナ素子の高さは変更せず、上段のアレーアンテナ素子と中段のアレーアンテナ素子の高さを調整することで車両高さ方向のアンテナ素子間隔を分散している。図１１において、上段及び下段の各３つのアレーアンテナ素子のうち、外側の２つのアレーアンテナ素子の高さを変えている。図１１に示す例では、車両高さ方向のアンテナ素子間隔を、中段を基準として、２．５λ、２．０λ、１．５λになるように設定している。これは、０．５λを基本間隔として、その５倍、４倍、３倍といった素な関係となるように設定している。一例として、図１１において、中段のアレーアンテナ素子７２−１と、上段のアレーアンテナ素子７１−２とのアンテナ素子間隔が２．５λになるように設定される。また、中段のアレーアンテナ素子７２−１と、上段のアレーアンテナ素子７１’−１及びアレーアンテナ素子７１’−３とのアンテナ素子間隔が２．０λになるように設定される。また、中段のアレーアンテナ素子７２−１と、下段のアレーアンテナ素子７３’−１及びアレーアンテナ素子７３’−３とのアンテナ素子間隔が１．５λになるように設定する。
【００６８】
これにより、例えば図１２に示すように、実施形態２の変形例に係るアレーアンテナ素子の配置構造を有する車両用アレーアンテナ装置によれば、水平方向に加えて仰角方向のグレーティングローブの発生を抑制することができる（図１２における、実施形態２の変形例のアレーアンテナ素子の配置構造によるアレーファクタの検出結果を参照）。図１２は、実施形態２の変形例におけるアレーアンテナ素子の配置構造によるアレーファクタの一例を示す図である。図１２において、実施形態２の変形例のアレーアンテナの配置構造は、上述の図１１に示した第４アレーアンテナ装置９０におけるアレーアンテナの配置構造に対応する。このようにして、第４アレーアンテナ装置９０では、上述の実施形態１及び実施形態２に対して方位分解能をより向上させることができる。
【符号の説明】
【００６９】
１０  アンテナ素子
２０  アレーアンテナ素子
３０  第１アレーアンテナ装置（車両用アンテナ装置）
４０  距離・速度検出部
５０  方位・仰角検出部
６０  第２アレーアンテナ装置（車両用アンテナ装置）
７０  アレーアンテナ素子
８０  第３アレーアンテナ装置（車両用アンテナ装置）
９０  第４アレーアンテナ装置（車両用アンテナ装置）
１００  車両用レーダ装置
【図１】
2015226291.tif 000003
【図２】
2015226291.tif 000004
【図３】
2015226291.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
2015226291.tif 000009
【図９】
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【図１１】
2015226291.tif 000011
【図６】
2015226291.tif 000012
【図１０】
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【図１２】
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