JP2008151582A - レーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の大型化を抑制しつつ水平方向及び仰角方向のいずれの方位角度も検出可能なレーダ装置を提供する。
【解決手段】受信アンテナ部は、仰角方向に沿って等間隔で１列に配置されたＭ個のアンテナ素子からなるアンテナ列を、仰角方向と直交する水平方向に沿って等間隔にＮ個配置することで、２次元マトリクス状に配置されたＭ×Ｎ個のアンテナ素子からなる。これらアンテナ列をグループ化することで形成される第１及び第２単位アンテナは、互いに重なり合う同じ大きさのアンテナ開口を有し、そのアンテナ開口は、仰角方向の位置が同じ、且つ水平方向の位置が異なるように設定されている。各アンテナ列の給電線路には、出力端子ＴＬｏから各アンテナ素子ＡＥに至る給電線路の経路長がΔＲずつ異なるように位相調整部３０ａ〜３０ｈを挿入することで、仰角方向の指向性が調整されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、レーダ波の到来角度を検出するレーダ装置に関し、特に、水平方向および仰角方向の二方向について到来角度を検出するレーダ装置に関する。

近年、自動車の安全確保、交通事故被害軽減が全世界的に重要であると認識されつつあり、日本のみならずＥＵ各国政府は、交通事故死亡者の半減を目標とした取り組みが行われている。具体的には、自動車の衝突被害軽減のために、衝突を事前に検知し、運転者への注意喚起、介入制動などのプリクラッシュシステム（ＰＣＳ）が盛んに研究されている。

そして、衝突を事前に検知するためには、自動車と障害物との距離、方位、相対速度といった情報が必要であり、これらの情報を検出に適したミリ波レーダ（以下「レーダ装置」という）の開発が進められている。

ところで、この種のレーダ装置では、例えば、複数のアンテナ素子を仰角方向（車高方向）に沿って等間隔に一列に配置することでアンテナ列を形成し、このアンテナ列を水平方向（車幅方向）に等間隔に複数配置することでアレー化し、この２次元アレー状に配置されたアンテナ素子を一つのアンテナとして使用するものが知られている。

また、この種のレーダ装置において、方位検出を可能とするためには、上述のようなアンテナ（アレー化したアンテナ）を複数用意する必要がある。
そして、例えば、水平方向の方位を検出する必要がある場合には、水平方向に沿って複数のアンテナを並べて配置する必要があり、更に、水平方向および仰角方向の２方向について方位を検出する必要がある場合には、仰角方向にも複数のアンテナを並べる必要があった（例えば特許文献１参照）。
特開２００６−２０１０１３号公報（図１２）

しかし、このように、２方向の方位を検出しようとすると、アンテナの設置に必要なスペースが、２次元的に広がり装置サイズが大きくなってしまうという問題があった。
特に車載レーダ装置のように、設置スペース（特に仰角方向）が制限される場合、上述の従来装置のようなレーダ装置を適用するのは困難であった。

本発明は、上記問題点を解決するために、装置の大型化を抑制しつつ水平方向及び仰角方向のいずれの方位角度も検出可能なレーダ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた本発明のレーダ装置では、アンテナ部が、予め設定された仰角方向に沿って一定間隔で配置された複数のアンテナ素子からなるアンテナ列を、仰角方向と直交する水平方向に沿って複数配置してなり、アンテナ列をグループ化することで、水平方向の位置が互いに異なる複数の単位アンテナを形成するように構成されている。そして、水平方向検出手段は、アンテナ部を構成する各単位アンテナの受信信号に基づいて、アンテナ部が受信したレーダ波（反射波）の水平方向の到来角度を検出する。

また、本発明のレーダ装置では、位相調整手段が、単位アンテナを構成するアンテナ列の仰角方向の指向性が単位アンテナ毎に異なるように、アンテナ列を構成する各アンテナ素子の受信信号の位相調整を行い、仰角方向検出手段が、アンテナ部を構成する各単位アンテナから得られ、位相調整手段により位相調整された受信信号に基づいて、アンテナ部が受信したレーダ波の仰角方向の到来角度を検出する。

即ち、図１０に示すように、間隔ｄで配置された一対のアンテナ素子ＡＥからなるアンテナ列により、そのアンテナ列の正面に対して角度θ［ｒａｄ］の方位から到来する波長λのレーダ波を受信した場合、両アンテナ素子ＡＥで受信されるレーダ波の経路差ΔＲは、（１）式で表され、この経路差ΔＲに基づく両受信信号の位相差Δφ［ｒａｄ］は（２）式で求められる。

逆に見れば、間隔ｄで配置された一対のアンテナ素子ＡＥの受信信号を、一方だけ位相をΔφ遅延させてから合成した場合、この一対のアンテナ素子ＡＥからなるアンテナ列は、（３）式から算出される角度θの方位から到来するレーダ波に対して感度が最大となるような指向性を有するものとなる。なお、（３）式は（２）式を変形した式である。

つまり、アンテナ列を構成する各アンテナ素子ＡＥの受信信号の位相調整を行うことにより、アンテナ列を構成するアンテナ素子ＡＥの配列方向（ひいては単位アンテナの仰角方向）の指向性を任意に設定することができる。従って、単位アンテナ毎に仰角方向の指向性を異ならせることができ、その指向性の相違に基づいて単位アンテナ間に現れる受信信号の強度の相違から、仰角方向の到来角度を求めることができるのである。

このように本発明のレーダ装置では、各単位アンテナを、水平方向については従来装置と同様に互いの位置が異なるように配置する必要があるものの、仰角方向については位置が異なるように配置する必要がない。

従って、本発明のレーダ装置によれば、１方向（水平方向）の到来角度のみを検出するレーダ装置と比較して、装置規模（特に仰角方向のサイズ）を増大させることなく、２方向（水平方向，仰角方向）の到来角度を検出することができる。

換言すれば、１方向の到来角度のみを検出するレーダ装置で使用されているアンテナ部を利用して、２方向の到来角度の検出が可能なレーダ装置を簡単に構成することができる。

また、本発明のレーダ装置は、仰角方向に広い範囲で対象物の検出が可能なため、当該レーダ装置を車両等に取り付ける際の仰角方向の位置決めに高い精度を必要とせず、取り付け作業を簡易に行うことができる。

ところで、位相調整手段は、例えば、アンテナ列を構成する各アンテナ素子に至る物理的な経路長が、仰角方向の配列順に従って、レーダ波の波長より短い一定長ずつ異なるように設定された給電線路で構成されていてもよい。

この場合、各アンテナ素子の受信信号の位相を調整する方法としては、調整する位相の大きさをΔφ［ｒａｄ］、受信信号の線路内波長をλｇとして、経路長がΔＲ＝λｇ×Δφ／２πずつ異なるように設定すればよい。

また、位相調整手段は、例えば、アンテナ列を構成する各アンテナ素子に至る電気的な経路長が、仰角方向の配列順に従って、レーダ波の波長より短い一定長ずつ異なるように設定された給電線路であってもよい。

具体的には、給電線路を、アンテナ列を構成する各アンテナ素子に対して、物理的な経路長が一定となるように構成し、給電線路を形成する配線基板上に、他の部分とは誘電率の異なる調整部位を設けることで、給電線路の電気的な経路長を調整するように構成すればよい。

つまり、同じ周波数の信号であっても、その線路内波長は基板の誘電率によって異なったものとなるため、調整部位の誘電率の大きさや、調整部位に配線される長さを適宜設定することにより、電気的な経路長を任意に調整することができるのである。

そして特に、誘電率を制御可能な物質によって調整部位が構成されている場合、調整部位の誘電率を可変制御する制御手段を設けてもよい。
この場合、制御手段によって調整部位の誘電率を制御することにより、各単位アンテナの仰角方向の指向性（ビームの向き）を任意に変化させることができるため、より広い用途で用いることができる。

ところで、本発明のレーダ装置が、アンテナ列を構成する各アンテナ素子からの受信信号を個別にＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段を備えている場合、位相調整手段は、Ａ／Ｄ変換部にてＡ／Ｄ変換された受信データを演算処理によって補正することで、各アンテナ素子の受信信号の位相を調整するものであってもよい。

この場合、受信データの演算処理だけで受信信号の位相、ひいては各単位アンテナの仰角方向の指向性を任意に設定できるため、装置構成をより簡易なものとすることができる。

なお、Ａ／Ｄ変換手段は、アンテナ素子毎に個別に設けてもよいが、アンテナ列を構成する各アンテナ素子のいずれか一つを順次選択してＡ／Ｄ変換手段に供給するスイッチング手段を設けることにより、アンテナ列毎にＡ／Ｄ変換手段設け、Ａ／Ｄ変換手段は、アンテナ列を構成する各アンテナ素子からの受信信号を時分割動作でＡ／Ｄ変換するように構成してもよい。

この場合、Ａ／Ｄ変換手段をアンテナ素子毎に設ける場合と比較して、Ａ／Ｄ変換手段の規模を大幅に削減することができる。
また、本発明のレーダ装置において、仰角方向検出手段は、例えば、単位アンテナ毎に検出される同一対象物からの反射波に基づく信号成分の強度差又は強度比に基づいて前記仰角方向の到来角度を検出するように構成されていてもよい。

即ち、単位アンテナ毎に仰角方向の指向性が異なっていれば、図４に示すように、同一の対象物についてこれら複数（図では２個）の単位アンテナで検出される信号成分の強度は、それぞれ異なったものとなるため、その強度差や強度比からレーダ波の到来方向を特定することができるのである。

また、本発明のレーダ装置において、アンテナ部が、単位アンテナとは別に送信アンテナを備えている場合、送信アンテナの水平方向のビーム幅は、全ての単位アンテナのビーム幅を合わせた幅より広くなるように設定されていることが望ましい。

この場合、各単位アンテナの受信信号の仰角方向の特性が、水平方向の到来角度に応じて大きく変動してしまうことがないため、受信信号の処理を簡易なものとすることができる。

また、本発明のレーダ装置において、アンテナ部は、複数の単位アンテナのアンテナ開口が互いに重なり合うように設定されていることが望ましい。
なお、このような設定は、例えば、偶数番目のアンテナ列と奇数番目のアンテナ列とで別々の単位アンテナを構成することで実現することができる。

この場合、アンテナ部の水平方向のサイズを削減することができ、装置をより小型化することができる。また、限られた設置スペースで、アンテナ開口の大きい単位アンテナをより多く形成することができ、その結果、水平方向及び垂直方向の到来角度の検出精度をいずれも向上させることができる。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
［第１実施形態］
＜レーダ装置の全体構成＞
図１は、本実施形態のレーダ装置１の全体構成を表すブロック図である。

なお、レーダ装置１は、車両に搭載され、車両の前方に存在する対象物（先行車両や障害物）の位置（相対距離，水平方向及び仰角方向の方位）や相対速度を検出するものである。

図１に示すように、レーダ装置１は、ミリ波帯の周波数で発振し、周波数が三角波状に変化するように周波数変調された信号を生成する発振器１１と、発振器１１の出力を電力分配して送信信号Ｓｓおよびローカル信号Ｌを生成する電力分配器１２と、電力分配器１２からの送信信号Ｓｓに従ってレーダ波を送信する送信アンテナ１３と、送信アンテナ１３から送信されたレーダ波を反射する物体からの反射波を受信して２系統の受信信号Ｒ１，Ｒ２を出力する受信アンテナ部１４と、受信信号Ｒｉ（ｉ＝１，２）毎に設けられ、受信信号Ｒｉ及びローカル信号Ｌに基づいて受信データＤｉを生成する受信処理部１５と、発振器１１を起動し、発振器１１の動作中に各受信処理部１５から得られる受信データＤ１，Ｄ２に基づき、対象物の位置や相対速度を求める処理を実行するマイクロコンピュータ（以下「マイコン」という）１７とを備えている。

なお、受信処理部１５は、受信信号Ｒｉにローカル信号Ｌを混合してビート信号を生成するミキサ２１と、ミキサ２１の出力から不要な信号成分の除去するフィルタやそのフィルタの出力を増幅する増幅器等からなるＩＦ回路２３と、ＩＦ回路２３の出力をサンプリングすることで受信データＤｉを生成するＡＤ変換器２５とからなる。
＜送信アンテナ及び受信アンテナ部の構成＞
図２は、送信アンテナ１３及び受信アンテナ部１４の構成を模式的に示した説明図である。

図２に示すように、送信アンテナ１３は、仰角方向（図中縦方向）に沿って等間隔で１列に配置されたＰ個（図示はＰ＝６）のアンテナ素子ＡＥからなる。また、送信アンテナ１３を構成する各アンテナ素子ＡＥへの給電を行う給電線路は、物理的な経路長がいずれも同じ長さとなるように構成されている（図示せず）。

一方、受信アンテナ部１４は、仰角方向に沿って等間隔で１列に配置されたＭ個（図示はＭ＝８）のアンテナ素子ＡＥからなるアンテナ列ＡＬを、仰角方向と直交する水平方向（図中横方向）に沿って等間隔にＮ個（図示はＮ＝８）配置することで、２次元マトリクス状に配置されたＭ×Ｎ個のアンテナ素子ＡＥからなる。

但し、各アンテナ列ＡＬは、水平方向の配列順に従って番号が付与されており、奇数番目のアンテナ列ＡＬ１，ＡＬ３，ＡＬ５，…が形成するアレイアンテナを第１単位アンテナＡＦ１、偶数番目のアンテナ列ＡＬ２，ＡＬ４，ＡＬ６，…が形成するアレイアンテナを第２単位アンテナＡＦ２と呼ぶ。

つまり、第１及び第２単位アンテナＡＦ１，ＡＦ２は、互いに重なり合う同じ大きさのアンテナ開口を有し、そのアンテナ開口は、仰角方向の位置が同じ、且つ水平方向の位置が異なるように設定されている。

なお、受信アンテナ部１４は、第１単位アンテナＡＦ１の受信信号（即ち、第１単位アンテナＡＦ１を構成する各アンテナ列ＡＬ１，ＡＬ３，ＡＬ５，…での受信信号を合成したもの）Ｒ１の出力する第１出力端子Ｔ１、第２単位アンテナＡＦ２の受信信号（即ち、第２単位アンテナＡＦ２を構成する各アンテナ列ＡＬ２，ＡＬ４，ＡＬ６，…での受信信号を合成したもの）Ｒ２を出力する第２出力端子Ｔ２を備えている。

そして、第１単位アンテナＡＦ１を構成する各アンテナ列ＡＬ（ＡＬ１，ＡＬ３，ＡＬ５，…）の出力端子ＴＬｏ（ＴＬ１ｏ，ＴＬ３ｏ，ＴＬ５ｏ，…）から第１出力端子Ｔ１に至る給電線路の物理的な経路長は、いずれも同じ長さとなるように構成され、同様に、第２単位アンテナＡＦ２を構成する各アンテナ列ＡＬ（ＡＬ２，ＡＬ４，ＡＬ６，…）の出力端子ＴＬｏ（ＴＬ２ｏ，ＴＬ４ｏ，ＴＬ６ｏ，…）から第１出力端子Ｔ１に至る給電線路の物理的な経路長は、いずれも同じ長さとなるように構成されている。

つまり、第１及び第２単位アンテナＡＦ１，ＡＦ２の水平方向（アンテナ列ＡＬの配列方向）の指向性は、正面方向でビーム強度が最大となり、且つその水平方向のビーム幅は、送信アンテナ１３の水平方向のビーム幅より小さくなるように設定されている。但し、ここでは、送信アンテナ１３の水平方向のビーム幅の方が、第１及び第２単位アンテナＡＦ１，ＡＦ２のビームが占める領域の水平方向の幅より広くなるように設定されている。

また、送信アンテナ１３を構成するアンテナ素子ＡＥの数が受信アンテナ部１４のアンテナ列ＡＬを構成するアンテナ素子ＡＥの数より少なく、仰角方向のアンテナ開口のサイズが送信アンテナ１３の方が小さくなるよう、即ち、仰角方向の指向性についても、受信アンテナ部１４のアンテナ列ＡＬ（ひいては第１及び第２単位アンテナＡＬ１，ＡＬ２）より送信アンテナ１３の方がビーム幅が広くなるようにされている。
＜各アンテナ列における給電線路の構成＞
ここで、図３（Ａ）は、第１単位アンテナＡＦ１を構成する各アンテナ列ＡＬにおけるアンテナ素子ＡＥからアンテナ列出力端子ＴＬｏに至る給電線路の構成を模式的に示す説明図であり、図３（Ｂ）は、第２単位アンテナＡＦ２を構成するアンテナ列ＡＬにおけるアンテナ素子ＡＥからアンテナ列出力端子ＴＬｏに至る給電線路の構成を模式的に示す説明図である。

図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、アンテナ列ＡＬを構成する各アンテナ素子ＡＥには、それぞれ位相調整部３０（３０ａ〜３０ｈ）が接続されていると共に、そのアンテナ列ＡＬの出力端子ＴＬｏから各位相調整部３０に至る給電線路の物理的な経路長はいずれも同じ長さとなるように設定されている。

なお、位相調整部３０ａ〜３０ｈは、経路長がΔＲずつ異なる給電線路からなり、位相調整部３０ａが最も短く、以下３０ｂ，３０ｃ，…３０ｈの順番に長くなるように構成されている。

そして、第１単位アンテナＡＦ１を構成するアンテナ列ＡＬでは、図２（Ａ）に示すように、仰角方向の最上方に位置するアンテナ素子ＡＥに対して、経路長が最も短い位相調整部３０ａが接続され、仰角方向の最下方に位置するアンテナ素子ＡＥに対して、経路長が最も長い位相調整部３０ｈが接続され、両者の間のアンテナ素子ＡＥに対しては下側に位置するものほど経路長の長い位相調整部３０が接続されている。

また、第２単位アンテナＡＦ２を構成するアンテナ列ＡＬでは、図２（Ｂ）に示すように、仰角方向の最下方に位置するアンテナ素子ＡＥに対して、経路長が最も短い位相調整部３０ａが接続され、仰角方向の最上方に位置するアンテナ素子ＡＥに対して、経路長が最も長い位相調整部３０ｈが接続され、両者の間のアンテナ素子ＡＥに対しては上側に位置するものほど経路長の長い位相調整部３０が接続されている。

つまり、第１単位アンテナＡＦ１を構成するアンテナ列ＡＬでは、仰角方向の最上方に位置するアンテナ素子ＡＥの受信信号を基準として、各アンテナ素子ＡＥの受信信号は、上方に隣接するアンテナ素子ＡＥの受信信号より、経路差ΔＲに対応する位相差Δφ（（２）式参照）分だけ遅延させられた上で合成されることになる。同様に、第２単位アンテナＡＦ２を構成するアンテナ列ＡＬでは、仰角方向の最下方に位置するアンテナ素子ＡＥの受信信号を基準として、各アンテナ素子ＡＥの受信信号は、下方に隣接するアンテナ素子ＡＥの受信信号より、経路差ΔＲに対応する位相差Δφ（（２）式参照）分だけ遅延させられた上で合成されることになる。

その結果、図４に示すように、第１単位アンテナＡＦ１を構成する各アンテナ列ＡＬ、ひいては第１単位アンテナＡＦ１の仰角方向の指向性は、正面方向より下向きの角度−θでビーム強度が最大となり、第２単位アンテナＡＦ２を構成する各アンテナ列ＡＬ、ひいては第２単位アンテナＡＦ２の仰角方向の指向性は、正面方向より上向きの角度＋θでビーム強度が最大となる。

但し、角度θは、（３）式を用いて求められるものであり、例えば、λ＝ｄ＝４［ｍｍ］の場合、Δφ＝３１［ｄｅｇ］であればθ＝５［ｄｅｇ］、Δφ＝１２［ｄｅｇ］であればθ＝２［ｄｅｇ］となる。

なお、送信アンテナ１３及び受信アンテナ部１４は、単一の配線基板上にその給電線路と共に形成されている。但し、送信アンテナ１３と受信アンテナ部１４とは、別々の配線基板上に形成されていてもよい。
＜マイコンでの処理＞
マイコン１７では、水平方向の位置が異なり且つ仰角方向の指向性が異なる第１及び第２単位アンテナＡＦ１，ＡＦ２からの受信信号Ｒ１，Ｒ２から生成されたビート信号をサンプリングしてなる受信データＤ１，Ｄ２を、それぞれＦＦＴ処理する。

そして、このＦＦＴ処理の結果から、レーダ波を反射した対象物からの反射波に基づく信号成分を抽出し、その信号成分から特定される対象物との距離及び相対速度を求める、いわゆるＦＭＣＷレーダとしての処理を実行する。

また、マイコン１７では、受信データＤ１に基づくＦＦＴ結果と、受信データＤ２に基づくＦＦＴ結果とから、同じ対象物に基づく信号成分をそれぞれ抽出し、両信号成分の間の位相差等の情報を利用するビームフォーミングやＭＵＳＩＣ等の周知の高分解能アルゴリズムを用いて、反射波の水平方向の到来角度を算出する水平方向検出手段としての処理を実行する。

更に、マイコン１７では、受信データＤ１に基づくＦＦＴ結果と、受信データＤ２に基づくＦＦＴ結果とから抽出した同じ対象物に基づく信号成分の強度差または強度比を求め、図４に示すグラフに示された関係を利用して作成されるテーブル（強度差又は強度比と仰角方向の方位との対応関係を示すもの）に基づいて、その求めた強度差または強度比から仰角方向における到来角度を求める仰角方向検出手段としての処理を実行する。

なお、送信アンテナ１３の送信ビームが、第１及び第２単位アンテナＡＦ１，ＡＦ２の受信ビーム全体を含むように構成されているため、第１及び第２単位アンテナＡＦ１，ＡＦ２の仰角方向の指向性は、反射波の水平方向の到来角度によって大きく変化してしまうことがない。
＜効果＞
以上説明したように、レーダ装置１では、受信アンテナ部１４が、仰角方向に沿って等間隔で一列に配置された複数のアンテナ素子ＡＥからなるアンテナ列ＡＬを、水平方向に沿って複数配置してなり、奇数番目のアンテナ列ＡＬ１，ＡＬ３，ＡＬ５，…で第１単位アンテナＡＦ１、偶数番目のアンテナ列ＡＬ２，ＡＬ４，ＡＬ６，…で第２単位アンテナＡＦ２を構成するようにされている。

しかも、アンテナ列出力端子ＴＬｏから各アンテナ素子ＡＥに至る給電線路の経路中に位相調整部３０ａ〜３０ｈを設けて経路長を調整することによって、第１単位アンテナＡＦ１を構成するアンテナ列ＡＬと、第２単位アンテナＡＦ２を構成するアンテナ列ＡＬとでは、仰角方向の指向性が異なるようにされている。

つまり、レーダ装置１では、各単位アンテナＡＦ１，ＡＦ２を、水平方向については従来装置と同様に互いの位置が異なるように配置する必要があるものの、仰角方向については位置が異なるように配置する必要がない。

従って、レーダ装置１によれば、１方向（水平方向）の到来角度のみを検出するレーダ装置と比較して、装置規模を増大させることなく、２方向（水平方向，仰角方向）の到来角度を検出することができる。

換言すれば、１方向の到来角度のみを検出するレーダ装置で使用されているアンテナ部を利用して、２方向の到来角度の検出が可能なレーダ装置を簡単に構成することができる。

また、レーダ装置１によれば、水平方向だけでなく、仰角方向についても広い範囲で対象物の検出が可能なため、当該レーダ装置１を車両等に取り付ける際の仰角方向の位置決めに高い精度を必要とせず、取り付け作業を簡易に行うことができる。

この場合、レーダ装置１が取り付けられた車両の車軸に対して、送信アンテナ１３及び第１及び第２単位アンテナＡＦ１，ＡＦ２の開口面の法線方向がどれだけずれているかを取付誤差（仰角方向にα°，水平方向にβ°）として予め測定してマイコン１７に記憶させておき、マイコン１７では、その取付誤差により方位の検出結果を補正するように構成すればよい。なお、仰角方向の取付誤差α°の測定には、例えば、電子水準器を用いてもよいし、路面に対する車両の姿勢を検出するセンサ等を用いてもよい。
＜変形例＞
本実施形態では、位相調整部３０をアンテナ素子ＡＥ毎に設けたが、例えば、図５に示すように、給電線路が分岐する毎に、その一方の側に設けるようにしてもよい。但し、この場合、各位相調整部３０で調整される経路長は、前段の位相調整部３０で調整される経路長の１／２となるように設定する必要がある。なお、図５では、アンテナ列出力端子ＴＬｏに近い１段目の分岐部には位相調整部３０ｄ（調整経路長：４×ΔＲ）が使用され、２段目の分岐部には位相調整部３０ｂ（調整経路長：２×ΔＲ）が使用され、３段目の分岐部には位相調整部３０ａ（調整経路長：ΔＲ）が使用されている場合を示す。

本実施形態では、受信信号Ｒｉ毎に受信処理部１５が一つずつ設けられているが、受信処理部１５を一つだけ設けると共に、その単一の受信処理部１５に、受信信号Ｒｉのいずれかを、交互に供給するスイッチを設けることにより、受信処理部１５が、スイッチにて時分割多重された受信信号Ｒｉを処理するように構成してもよい。
［第２実施形態］
次に第２実施形態について説明する。

本実施形態では、アンテナ列ＡＬを構成する各アンテナ素子ＡＥから、そのアンテナ列ＡＬの出力端子ＴＬｏに至る給電経路の構成が第１実施形態のものとは異なるだけであるため、その異なる部分を中心に説明する。

即ち、本実施形態では、図６に示すように、単位アンテナＡＦ（ＡＦ１，ＡＦ２）を構成するアンテナ列ＡＬでは、仰角方向の最上方に位置するアンテナ素子ＡＥ以外の各アンテナ素子ＡＥへの給電線路に、配線基板の誘電率が他の部分とは異なる位相調整部３１ｂ〜３１ｈが設けられている。

なお、位相調整部３１ｂ〜３１ｈは、電気的な経路長がΔＲずつ異なるように、その長さが調整されており、位相調整部３０ｂが最も短く、以下３０ｃ，３０ｄ，…３０ｈの順番に長くなるように構成されている。

つまり、位相調整部３１（３１ｂ〜３１ｈ）の誘電率が他の部分の誘電率より低ければ、位相調整部３１を通過した受信信号は、位相調整部３１を通過しない受信信号と比較して、その長さに応じた分だけ遅延する（位相が遅れる）ことになり、その結果、単位アンテナＡＦの仰角方向の指向性は、正面方向より下向きの角度でビーム強度が最大となる。

逆に、位相調整部３１の誘電率が他の部分の誘電率より高ければ、位相調整部３１を通過した受信信号は、位相調整部３１を通過しない受信信号と比較して、その長さに応じた分だけ位相が進むことになり、その結果、単位アンテナＡＦの仰角方向の指向性は、正面方向より上向きの角度でビーム強度が最大となる。

そして、位相調整部３１の誘電率、挿入位置、挿入サイズを適宜選択することにより、第１及び第２単位アンテナＡＦ１，ＡＦ２の仰角方向の指向性が、一方では、正面方向より下向きの角度でビーム強度が最大となり、他方では、正面方向より上向きの角度でビーム強度が最大となるように設定する。

このように構成された本実施形態のレーダ装置１では、第１実施形態のものと同様の効果を得ることができる。
＜変形例＞
本実施形態では、位相調整部３１のサイズによって位相を調整しているが、図７に示すように、位相調整部３１（３１ｂ〜３１ｈ）の代わりに、印加電圧によって誘電率を制御可能な物質からなる可変位相調整部３２（３２ｂ〜３２ｈ）を設けると共に、各位相調整部３２への印加電圧を発生させる誘電率制御回路３３を設けて、この印加電圧を制御することによって、各アンテナ素子ＡＥからの受信信号の位相を制御するように構成してもよい。

この場合、各単位アンテナＡＦ１，ＡＦ２の仰角方向の指向性を任意に設定することができる。
［第３実施形態］
次に第３実施形態について説明する。

なお、本実施形態のレーダ装置３は、第１実施形態のレーダ装置１とは、構成の一部、及びマイコンでの処理が一部異なるだけであるため、同一の構成については同一符号を付して説明を省略し、構成の相違する部分を中心に説明する。
＜全体構成＞
第１実施形態では、受信アンテナ部１４が単位アンテナＡＦ１，ＡＦ２毎に受信信号Ｒ１，Ｒ２を出力し、その受信信号Ｒ１，Ｒ２毎に受信処理部１５が設けられているが、本実施形態では、図８に示すように、受信アンテナ部１４がアンテナ列ＡＬ毎に受信信号Ｒ１〜Ｒ８を出力し、その受信信号Ｒ１〜Ｒ８毎に受信処理部１５が設けられ、各受信処理部１５から得られるアンテナ列毎の受信データＤ１〜Ｄ８に基づいて、マイコン１７は、単位アンテナＡＦ１，ＡＦ２のビーム形成を演算処理にて実行するように構成されている。
＜受信アンテナ部の構成＞
ここで、図９は、各アンテナ列ＡＬにおけるアンテナ素子ＡＥから、そのアンテナ列ＡＬの出力端子ＴＬｏに至る給電線路の構成を模式的に示す説明図である。

図３に示すように、アンテナ列ＡＬを構成する各アンテナ素子ＡＥには、それぞれスイッチ３４（３４ａから３４ｈ）が接続されていると共に、そのアンテナ列出力端子ＴＬｏから各スイッチ３０に至る給電線路の経路長はいずれも同じ長さとなるように設定されている。

また、アンテナ素子ＡＥにそれぞれに設けられたスイッチ３４ａ〜３４ｈを、順番にいずれか一つだけ導通状態とすることにより、出力端子ＴＬｏから、各アンテナ素子ＡＥの受信信号を時分割多重した多重受信信号が出力されるように制御するスイッチ切替制御部３５を備えている。
＜マイコンでの処理＞
時分割多重された多重受信信号に基づいて、受信処理部１５で生成された受信データＤｊ（ｊ＝１，２，…８）のそれぞれについて以下の処理を実行する。

まず、受信データＤｊをアンテナ素子ＡＥ毎の受信データに分離し、更に、分離された各受信データ（以下「素子受信データ」という）が表すアンテナ素子ＡＥ毎の受信信号の位相がΔφずつずれたものとなるように、素子受信データを補正して加算することにより、アンテナ列ＡＬ毎の受信データ（以下「列受信データ」という）を生成する。

なお、第１単位アンテナＡＦ１を構成するアンテナ列ＡＬと第２単位アンテナＡＦ２を構成するアンテナ列ＡＬとでは、素子受信データを補正する際に使用する位相Δφは異なった値を用いる。

次に、各単位アンテナＡＦ（ＡＦ１，ＡＦ２）毎に、その単位アンテナＡＦに属する各アンテナ列ＡＬの列受信データを加算することにより、単位アンテナＡＦ毎の受信データを生成する。

以下の処理は、この生成された単位アンテナＡＦ毎の受信データを用いて、第１実施形態の場合と全く同様の処理を実行する。
＜効果＞
このように構成されたレーダ装置３では、単位アンテナＡＦの仰角方向の指向性が、受信信号の位相を調整することで、単位アンテナＡＦ毎に異なったものとなるようにされているため、第１実施形態のレーダ装置１と同様の効果を得ることができる。

しかも、レーダ装置３では、アンテナ列ＡＬ、ひいては単位アンテナＡＦの仰角方向の指向性の設定（ビーム形成）を、素子受信データから列受信データを生成する際に用いる位相差Δφを適宜調整することで演算処理により行っているため、仰角方向のビームの指向性（ビームの向き）を任意に設定することができ、また、その指向性を簡単に変更することができる。
＜変形例＞
本実施形態では、アンテナ列ＡＬを構成する各アンテナ素子ＡＥにスイッチ３４を設け、アンテナ列ＡＬ毎に、各アンテナ素子ＡＥの受信信号を時分割多重した信号を、受信処理部１５にて処理するように構成されているが、スイッチ３４を省略すると共に、アンテナ素子毎に受信処理部１５を設けて、各受信処理部１５から得られるアンテナ素子ＡＥ毎の受信信号をサンプリングしてなる受信データに基づいて、上述の処理を実行するように構成してもよい。
［他の実施形態］
上記実施形態では、単位アンテナの数が２個である場合について説明したが、単位アンテナの数は３個以上であってもよい。

第１実施形態のレーダ装置の全体構成を示すブロック図。 送信アンテナ及び受信アンテナ部の構成（アンテナ素子の配置）を示す説明図。 アンテナ列における給電線路の構成を模式的に示した説明図。 受信アンテナ部を構成する第１及び第２単位アンテナの指向性を示すグラフ。 アンテナ列における給電線路の構成の変形例を示す説明図。 第２実施形態のアンテナ列における給電線路の構成を模式的に示した説明図。 第２実施形態の変形例を示す説明図。 第３実施形態のレーダ装置の全体構成を示すブロック図。 第３実施形態のアンテナ列における給電線路の構成を示す説明図。 受信信号の遅延と指向性との関係を示す説明図。

符号の説明

１，３…レーダ装置 １１…発振器 １２…電力分配器 １３…送信アンテナ １４…受信アンテナ部 １５…受信処理部 １７…マイクロコンピュータ（マイコン） ２１…ミキサ ２３…ＩＦ回路 ２５…ＡＤ変換器 ３０，３１，…位相調整部 ３２…可変位相調整部 ３３…誘電率制御回路 ３４…スイッチ ３５…スイッチ切替制御部 ＡＥ…アンテナ素子 ＡＦ…単位アンテナ ＡＬ…アンテナ列

Claims (10)

1. 予め設定された仰角方向に沿って一定間隔で配置された複数のアンテナ素子からなるアンテナ列を、前記仰角方向と直交する水平方向に沿って複数配置してなり、前記アンテナ列をグループ化することで、前記水平方向の位置が互いに異なる複数の単位アンテナを形成するアンテナ部と、
   前記アンテナ部を構成する各単位アンテナの受信信号に基づいて、前記アンテナ部が受信したレーダ波の水平方向の到来角度を検出する水平方向検出手段と、
   を備えたレーダ装置において、
   前記単位アンテナを構成するアンテナ列の仰角方向の指向性が前記単位アンテナ毎に異なるように、前記アンテナ列を構成する各アンテナ素子の受信信号の位相調整を行う位相調整手段と、
   前記アンテナ部を構成する各単位アンテナから得られ、前記位相調整手段により位相調整された受信信号に基づいて、前記アンテナ部が受信したレーダ波の仰角方向の到来角度を検出する仰角方向検出手段と、
   を設けたことを特徴とするレーダ装置。
2. 前記位相調整手段は、
   前記アンテナ列を構成する各アンテナ素子に至る物理的な経路長が、前記仰角方向の配列順に従って、前記レーダ波の波長より短い一定長ずつ異なるように設定された給電線路からなることを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
3. 前記位相調整手段は、
   前記アンテナ列を構成する各アンテナ素子に至る電気的な経路長が、前記仰角方向の配列順に従って、前記レーダ波の波長より短い一定長ずつ異なるように設定された給電線路からなることを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
4. 前記給電線路は、前記アンテナ列を構成する各アンテナ素子に対して、物理的な経路長が一定となるように構成され、
   前記給電線路を形成する配線基板上に、他の部分とは誘電率の異なる調整部位を設けることで、該給電線路の電気的な経路長が調整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。
5. 前記調整部位は、誘電率を制御可能な物質により構成され、
   前記調整部位の誘電率を可変制御する制御手段を備えることを特徴とする請求項４に記載のレーダ装置。
6. 前記アンテナ列を構成する各アンテナ素子からの受信信号を個別にＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段を備え、
   前記位相調整手段は、前記Ａ／Ｄ変換手段にてＡ／Ｄ変換された受信データを演算処理によって補正することで、各アンテナ素子の受信信号の位相を調整することを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
7. 前記アンテナ列毎に、該アンテナ列を構成する各アンテナ素子のいずれか一つを順次選択して前記Ａ／Ｄ変換手段に供給するスイッチング手段を備え、
   前記Ａ／Ｄ変換手段は、前記アンテナ列を構成する各アンテナ素子からの受信信号を時分割動作でＡ／Ｄ変換することを特徴とする請求項６に記載のレーダ装置。
8. 前記仰角方向検出手段は、前記単位アンテナ毎に検出される同一対象物からの反射波に基づく信号成分の強度差又は強度比に基づいて前記仰角方向の到来角度を検出することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のレーダ装置。
9. 前記アンテナ部は、前記単位アンテナとは別に送信アンテナを備え、
   前記送信アンテナの水平方向及び仰角方向のビーム幅は、全ての単位アンテナのビーム幅を合わせた幅より広くなるように設定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のレーダ装置。
10. 前記アンテナ部は、前記複数の単位アンテナのアンテナ開口が互いに重なり合うように設定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載のレーダ装置。

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