JPS598081B2 - 車載レ−ダ用合成ビ−ム・アンテナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、車輌例えば自動車に搭載されて対向車などの
目標物を探知するレーダ装置の合成ビーム・アンテナに
関する。

自動車その他の平面走行物に取付けられて対向車などの
目標物を探知するレーダ装置ではアンテナ高さおよび目
標物高さが略一定に固定されるので、次のような問題が
生じる。

すなわち、第１図ａは自由空間におけるアンテナの指向
性を示すが、アンテナ設置高さｈが低いと、地表反射波
による干渉の影響を受けやすい。

例えば同図ｂに示すように直接波Ｗ１と反射線Ｗ２が点
Ｐで交叉し、直接波Ｗ１の経路長ｌ１と反射波Ｗ２の経
路１２が送出波の波長に対して所定の関係になって両者
が逆位相になると打消し合い、点Ｐに目標物があっても
該目標物からの反射波はなくなり、受信電力は零になる
。

実際には、直接波Ｗ１と反射波Ｗ２とは第１図ａに示す
放射電界強度分布から明らかなように強さが異なり、Ｗ
１〉Ｗ２なので完全な打消しは行なわれず、また目標物
も点状とは見做されず一般にはある大きさの種々の形状
を持つので、受信電力に《ぼみが生じる程度になる。

第２図ａはこの地表反射波の影響を受けたアンテナの垂
直面内放射特性を示し、横軸にアンテナからの距離Ｒ、
縦軸に地表からの高さｈをとると、この放射特性は曲線
Ｃ１で表わされる櫛型になる。

Ｃ１ａ，Ｃ１ｂ・・・・・・・・・・・・・・・が反射
波の影響で《ぼんだ部分であり、この《ぼみの深さは前
述のように自由空間におけるアンテナの指向性等によっ
て定まる。

数式で表わすと、レーダアンテナの垂直面内放射特性Ｅ
（θ）は、アンテナ地上高さをｈ１ として、 となる。

ただし、λは自由空間におげる送出波の波長、θは仰角
、Ｅｏ（θ）は当該アンテナの自由空間における垂直面
内放射特性である。

このＥ（θ）を図示すると第２図ａの曲線Ｃ１ の如く
なり、電界強度が零になる角度θｎｕｌｌ と最犬に
なる角度θｍａＸはそれぞれ（２）、（３）式で表わさ
れる。

ただし、ｎは整数である。

そこで目標物が地上高さｈ２でレーダアンテナ設置位置
より遠方に移動する場合を考えると、レーダ受信電力Ｐ
ｒは第２図ｂの曲線Ｃ２に示す如く変化することになる
。

即ち目標物が遠去かる、つまり距離Ｒが犬になるにつれ
て受信電力Ｐｒは全体として１／Ｒ４で減少し、しかも
同図ａの指向性のくぼみ部分Ｃ１ａ，Ｃｘｂ・・・・・
・・・・・・・・・・ではＣ２ａ，Ｃ２ｂ・・・・・・
・・・・・・・・・で示す如《１／Ｒ８で落ち込む。

この様な落ち込みがあると、当該部分に相当する距離Ｒ
ｌ ｔ Ｒ２ Ｊ Ｒ３・・・・・・・・・・・・・・
・にある目標物は探知不可能または困難になる。

これは、近距離では受信電力のレベル自体が高いので実
用上それ程問題ではないが、遠距離になると受信電力の
レベル自体が１／Ｒ４で低下しておりそして落込み幅Ｒ
Ｗが広くなるので、レーダ最犬探知性能の支配的要因に
なる。

目標物が飛翔体のように三次元運動するものでは目標物
高さが自由に変るので、この点は殆んど問題にならない
が、車対車のように地上高が一定であると、落込み部分
はいわば死角を作ってしまう。

一方、車載レーダでは道路周辺等からの不要な反射を仰
制して所望目標物からの反射波のみが得られるようにす
るため比較的シャープ（２〜５°）なビーム、いわゆる
ペンシルビームを必要とする。

ビーム幅θＨｐ と開口長Ｄとの関係は下記の（４）
式で与えられる。

θＨ −７０°λ／Ｄ ・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・（４）ｐ この（４）式から明らかなようにシャープなビームを得
るためには波長に比較し大きな開口面積が必要になるが
、車載レーダでは装備上あまり大きな開口面積のアンテ
ナを取付けることができない。

そこで波長λを小さくする、つまり非常に高い周波数を
所用するか、あるいは同一偏波の線状波源によるファン
ビームの組合せにより等価的にシャープなビームを得る
かのいずれかにすることが考えられる。

ただし、周波数を高《することはハードウエア上の制約
が大きいので、車載レーダでは同一偏波の線状波源によ
りペンシルビームを得る合成ビーム方式が適している。

しかしながら、合成ビーム方式は同等なビームの面アン
テナより当然利得が低いため、この方式による車載レー
ダは前述したような地表面からの反射による干渉の影響
を強《受けて受信電力の落ち込みを生じる恐れがある。

地上高の低いレーダではこの落ち込みはそのまま最大探
知距離を支配する要因になる。

例えばレーダの最小受信感度Ｐｒｍｉｎが第２図ｂに示
す位置にあり、《ぼみＣ２ｏの底値より大きな値であれ
ば、このレーダの最大探知距離Ｒｍａｘは距離Ｒ２にな
り、（５）式で示される。

そして第２図ｂかも明らかなように距離Ｒ２での受信電
力の落込みを補償することができれば最大探知距離はＲ
１ に近《なり、飛躍的に増加する。

（５）式から明らかなようにある特定距離における受信
電力の落込みを補償するには、何らかの手段によりその
距離に対応するレーダアンテナの垂直面内放射特性の放
射角θでは該放射特性がくぼみを生じないようにすれば
よい。

そのためには本出願人が特願昭５０−９８７８１号で先
に提案したように、もう１つのレーダアンテナ（送信ア
ンテナだけでよい）を高さｈ′１ に設置し、このア
ンテナによるビーム最大方向を高さｈ１ に設置したレ
ーダアンテナのビーム最小方向と一致させ、両者を重ね
合せればよい。

高さｈ／．は（２）、（３）式から導出され、周波数と
無関係に（６）式で与えられる。

ただし、ｎは整数である。

また、高さｈ１， ｈ’１にアンテナを設置したときの
垂直面内放射特性Ｅ（θ）は となる。

ただし、Ｅｏ（のは高さｈ／１に設置するアンテナの自
由空間での垂直面内放射特性である。

前記の《ぼみＣ２ｃ を補償する場合はｎ＝２で３ あるから（６）式よりｈ１＝−ｈ１の高さにもう一つの
４ アンテナを設置すれば、距離Ｒ２での受信電力の落込み
を補償することができる。

ところで車輌用レーダの場合は、走行機能を阻害しない
こと、デザインを劣化させないことその他種々の制約が
あり、パラボラのような面型アンテナをしかも二つ車輌
に取付けることは甚だ困難である。

そこで本発明ではファンビームによる合成ビーム方式で
は波源が線状ですむことに着目し、これを利用して車載
レーダ用アンテナの取付条件に合致し、かつ最大探知距
離が長い合成ビームアンテナを提供しようとするもので
ある。

本発明は地上高が略一定の目標物を探知する車載レーダ
装置のアンテナにおいて、同一偏波のファンビームでペ
ンシルビームを形成する線状波源を車輌高さ方向に複数
組並設し、これらの組で構成されるアンテナ群を、その
１つのアンテナのビーム最大方向が他のアンテナのビー
ム最小方向に重なるようになる地上高に設置し、各組に
同相給電することを特徴とするのであるが、以下これを
図面を参照しながら詳細に説明する。

第３図はペンシルビームをファンビームの合成によって
形成するアンテナの原形を示すもので、線状波源つまり
線材、棒材あるいは細巾帯材（簡単化のため線状素子と
いうことにする）からなるアンテナＡとアンテナＢとを
十字形に配設して構成される。

これはミルのクロスアンテナ（Ｍｉｌ１ｓＣｒｅｓｓ
Ａｎｔｅｎｎａ ）として知られており、その放射特性
は第４図に示すようにアンテナＡの放射特性Ｒａとアン
テナＢの放射特性Ｒｂとを合成した特性となり、シャー
プな合成ビーム２が得られる。

このような放射特性は第５図ａ，ｂに示すようにアンテ
ナＡ（あるいはＢ）をアンテナＢ（あるいはＡ）の中間
にその端部を当接して９０°倒れたＴ形に配置したり、
または第５図Ｃに示すように両方のアンテナＡ，ＢをＬ
形に配置しても得られる。

第６図は本発明の一実施例を示すもので、アンテナ１Ａ
とアンテナ１Ｂを第５図ａのようにＴ形に組み、アンテ
ナ１Ａを送信用、１Ｂを受信用としてなる第１のアンテ
ナ１をその送信用アンテナ１Ａが地表面Ｅから高さｈ１
の位置で、かつ地表面Ｅと平行するように配置し、こ
の第１のアンテナ１より下方の高さｈ′１ の位置に、
送信アンテナ２Ａと受信アンテナ２Ｂとにより同様にＴ
形に構成した第２のアンテナ２を第１のアンテナ１と同
じ向きに配置する。

両アンテナ１，２の高さｈ１，ｈ′１ の関係は前述の
（６）式に示す通りである。

また、両アンテナ１，２はそれぞれ同相給電するように
図示しない送受信機に接続する。

このような構成に係る車載レーダ用アンテナは、地表面
Ｅからの反射波の干渉によって生じる受信電力の落込み
が第１のアンテナ１と所定の高さ関係にある第２のアン
テナ２によって補償され、車輌用としては十分な距離ま
でその最大探知距離が飛躍的に増大する。

また、ファンビームを発生する波源（アンテナ）が線状
であるので、第１、第２のアンテナ１，２０等価面積は
鎖線で示すように広いがアンテナの実際の占有面積は極
めて僅かであるから、第１、第２のアンテナ１，２の素
子の周囲には十分な空間が確保され、たとえ自動車のラ
ジエータグリル面に取付けても通気性が良く、エンジン
の冷却を損ねるおそれはない。

ちなみに、同等なビームを発生するパラボラ、ホーン形
など面状のアンテナを同位置に取付けた場合はその取付
面積の全てがふさがれるため、高利得でペンシルビーム
が得られても空気の吸込み量が著しく低減されてエンジ
ンの冷却に重大な支障を示す。

第７図〜第９図はそれぞれ本発明の実施例を示すもので
ある。

第７図は第５図ｅに示すＬ形構造を利用したもので、こ
の場合にも送信アンテナ１Ａ，２人は地表面Ｅと平行に
、かつそれぞれ所定の高さｈ１， ｈ’１に設置し、こ
れらの両側に受信アンテナＩ Ｂ ｔ ２ Ｂを配置す
る。

すなわち、波源は長方形の開口形状つまり矩形枠状とな
って対称性があり、特に左右のバランスを美的感覚上重
要視する自動車などに適した形状である。

第８図および第９図は第１、第２のアンテナ１，２の受
信アンテナＩＢ，２Ｂの一方を除いて他方を共用したも
ので、地表面Ｅからの高さｈ１， ｈ’１に平行に設置
した送信アンテナＩＡ，２Ａの一側に受信アンテナＩＢ
（または２Ｂ）を配置してアンテナ群をコ字形にしたり
（第８図）、あるいは送信アンテナＩＡ，２Ａの中間に
、特に対称性を重要視するときは中央に受信アンテナＩ
Ｂ（または２Ｂ）を配置して工字形にする（第９図）。

このようにすると、受信アンテナを１個省略できるので
、材料の節減や工数の低減によるコストダウンが図れる
とともに、取付面積が減少し、デザイン的にも変った感
じを与えることができる等の効果がある。

特に、第９図に示すように共用の受信アンテナＩＢ（ま
たは２Ｂ）を両送信アンテナＩＡ，２Ａの中央に設置し
た場合は対称的な配置構成となり、第１０図に示すよう
に自動車１０のラジエータグリル１１面の中央に設置す
れば、探知動作上および運転者のラジエーシ古ンハザー
ド防止上適切な設置個所とすることができるとともに、
実観的にも良好である。

以上詳細に説明したように本発明によれば、車載レーダ
用としての取付条件にかない、かつ地表面などからの反
射波による影響を極力補償して最大探知距離を犬にする
ことができる車載レーダ用合成ビーム・アンテナを提供
できる。

【図面の簡単な説明】 第１図ａは自由空間でのアンテナの指向性を示す図、同
図ｂは反射液の影響を説明する図、第２図ａ，ｂは反射
波の影響を受けた垂直面内放射特性図および受信電力特
性図、第３図は合成ビーム方式のアンテナの原形を説明
する構成図、第４図はその放射特性図、第５図ａ−ｃは
合成ビーム方式のアンテナの変形例を示す構成図、第６
図は本発明による車載レーダ用合成ビーム・アンテナの
一実施例を示す構成図、第７図〜第９図はそれぞれ本発
明の他の実施例を示す構成図、第１０図は本発明による
アンテナを自動車に取付けた状態を示す正面図である。 １・・・・・・第１のアンテナ、２・・・・・・第２の
アンテナ、ＩＡ，２Ａ・・・・・・送信アンテナ、ＩＢ
，２Ｂ・・・・・・受信アンテナ、Ｅ・・・・・・地表
面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 地上高が略一定の目標物を探知する車載レーダ装置
   のアンテナにおいて、同一偏波のファンビームでペンシ
   ルビームを形成する複数の線状波源を組としてなるアン
   テナを車輌高さ方向に複数並設し、該複数のアンテナで
   構成されるアンテナ群を、その１つのアンテナのビーム
   最大方向が他のアンテナのビーム最小方向に重なるよう
   になる地上高に設置し、各組に同相給電することを特徴
   とする車載レーダ用合成ビーム・アンテナ。 ２ 線状波源を組とするアンテナとして２つの線状アン
   テナを横向Ｔ型に組合せて構成し、かかる横向Ｔ型アン
   テナを２組車輌高さ方向に並設してアンテナ群を形成し
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の合成ビ
   ーム・アンテナ。 ３ 線状波源を組とするアンテナとして２つの線状アン
   テナを横向Ｌ型に組合せて構成し、かかる横向Ｌ型アン
   テナを２組矩形枠状に並べてアンテナ群を形成したこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の合成ビーム・
   アンテナ。 ４ アンテナ群として３つの線状アンテナをコ字状に組
   合せて構成し、端部の縦向き受信用アンテナを上下の横
   向き送信用アンテナに対して共用するようにしたことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の合成ビーム・ア
   ンテナ。 ５ アンテナ群として３つの線状アンテナを工字状に組
   合せて構成し、中央の縦向き受信用アンテナを上下の横
   向き送信用アンテナに対して共用するようにしたことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の合成ビーム・ア
   ンテナ。