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技術 モジュール式平面マルチセクタ90度FOVレーダアンテナアーキテクチャ

出願人 ウェイモエルエルシー
発明者 イザディアン,ジャマルスミス,ラッセルブラウン,アダム
出願日 2015年7月22日 (3年11ヶ月経過) 出願番号 2017-505798
公開日 2017年9月14日 (1年10ヶ月経過) 公開番号 2017-526913
状態 特許登録済
技術分野 レーダ方式及びその細部 可変指向性アンテナ、アンテナ配列 導波管型アンテナ
主要キーワード 角度サイズ 線形スロット 周波数ランプ 方位走査 電磁波周波数 電磁波長 受動モード 追従距離
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図面 (8)

課題

一態様では、本出願は、レーダシステムのための装置を説明する。

解決手段

本装置は、4つの車載レーダユニットを備えた車両を含み得る。各レーダユニットは、電力半値走査ビーム幅及びそれぞれのブロードサイド方向で構成され得る。各レーダユニットの電力半値走査ビーム幅は、約90度走査するように構成され得る。第1のレーダユニットは、第2のレーダユニット及び第4のレーダユニットのそれぞれのブロードサイド方向から約90度であるブロードサイド方向を有し得る。第2のレーダユニットは、第1のレーダユニット及び第3のレーダユニットのそれぞれのブロードサイド方向から約90度であるブロードサイド方向を有し得る。第3のレーダユニットは、第2のレーダユニット及び第4のレーダユニットのそれぞれのブロードサイド方向から約90度であるブロードサイド方向を有する。

概要

背景

[0001] 本明細書で別段の指示がない限り、本セクションで記載される事項は、本出願の特許請求の範囲に対する先行技術ではなく、かつ、本セクションに含めることにより先行技術として認められるものでもない。

[0002]電波探知測距(レーダ)システムは、電波信号を発し、反射された反射信号を検出することによって、環境特性への距離を能動的に推定するために使用することができる。電波反射特性の距離は、送信と受信との間の時間遅延に従って決定することができる。レーダシステムは、時間変化する周波数ランプを有する信号などの、時間とともに周波数が変化する信号を発し、その後、発された信号と反射された信号との間の周波数の差異距離推定値に関連付けることができる。いくつかのシステムは、受信した反射信号のドップラー周波数シフトに基づき、反射物体の相対的な動きを推定することもできる。

[0003]指向性アンテナは、信号の送信及び/又は受信に使用して、各範囲推定値ベアリングと関連付けることができる。より一般的には、指向性アンテナを使用して、対象の所定の視野(field of view)に放射エネルギーを集中(focus)させることもできる。測定された距離と方向情報とを組み合わせることにより、周囲の環境特性をマッピングすることが可能になる。したがって、レーダセンサは、センサ情報によって示される障害物を回避するために、例えば、自律車両制御システムによって使用され得る。

[0004] いくつかの例示的な自動車レーダシステムは、ミリメートル(mm)波電磁波長(例えば、77GHzに対して3.9mm)に対応する77ギガヘルツ(GHz)の電磁波周波数で動作するように構成され得る。これらのレーダシステムは、自律車両の周囲の環境などの環境を高精度にレーダシステムが測定できるようにするために、放射エネルギーを狭いビームに集中させることができるアンテナを使用し得る。そのようなアンテナは、小型(典型的には長方形因子を有する)、効率的(すなわち、77GHzのエネルギーのほとんどは、アンテナ内で熱が失われたり、又は反射して送信機電子機器に戻ることがない)、かつ低コストで製造が容易(すなわち、これらのアンテナを備えたレーダシステムは大量に製造することができる)であり得る。

概要

一態様では、本出願は、レーダシステムのための装置を説明する。本装置は、4つの車載レーダユニットを備えた車両を含み得る。各レーダユニットは、電力半値走査ビーム幅及びそれぞれのブロードサイド方向で構成され得る。各レーダユニットの電力半値走査ビーム幅は、約90度走査するように構成され得る。第1のレーダユニットは、第2のレーダユニット及び第4のレーダユニットのそれぞれのブロードサイド方向から約90度であるブロードサイド方向を有し得る。第2のレーダユニットは、第1のレーダユニット及び第3のレーダユニットのそれぞれのブロードサイド方向から約90度であるブロードサイド方向を有し得る。第3のレーダユニットは、第2のレーダユニット及び第4のレーダユニットのそれぞれのブロードサイド方向から約90度であるブロードサイド方向を有する。

目的

そのため、例えば、車の四隅に配置された4つのレーダは、車の周りに全360適用範囲を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

車両と、前記車両に搭載された4つのレーダユニットと、を含むレーダシステムであって、前記4つのレーダユニットのそれぞれは、電力半値走査ビーム幅及びそれぞれのブロードサイド方向で構成され、各レーダユニットの前記電力半値走査ビーム幅は、約90度で走査するように構成され、前記4つのレーダユニットの第1のレーダユニットが、前記4つのレーダユニットの第2のレーダユニット及び第4のレーダユニットのそれぞれのブロードサイド方向から約90度である、それぞれのブロードサイド方向を有し、前記4つのレーダユニットの前記第2のレーダユニットは、前記4つのレーダユニットの第1のレーダユニット及び第3のレーダユニットのそれぞれのブロードサイド方向から約90度である、それぞれのブロードサイド方向を有し、前記4つのレーダユニットの前記第3のレーダユニットは、前記4つのレーダユニットの第2のレーダユニット及び第4のレーダユニットのそれぞれのブロードサイド方向から約90度である、それぞれのブロードサイド方向を有し、前記4つのレーダユニットの前記第4のレーダユニットは、前記4つのレーダユニットの第1のレーダユニット及び第3のレーダユニットのそれぞれのブロードサイド方向から約90度である、それぞれのブロードサイド方向を有する、レーダシステム。

請求項2

前記第1のレーダユニットは前記車両の左側ビューミラーユニットに搭載され、前記第2のレーダユニットは前記車両の右側ビューミラーユニットに搭載されている、請求項1に記載のレーダシステム。

請求項3

前記第1及び前記第2のレーダユニットは、前記車両の順方向から約45度のそれぞれのブロードサイド方向を有する、請求項1に記載のレーダシステム。

請求項4

前記第3及び前記第4のレーダユニットは前記車両の尾灯ユニットに搭載されている、請求項1に記載のレーダシステム。

請求項5

前記第3及び前記第4のレーダユニットは、前記車両の後部方向から約45度のそれぞれのブロードサイド方向を有する、請求項1に記載のレーダシステム。

請求項6

前記4つのレーダユニットのそれぞれの走査角度が、約−36度と+36度の間で走査するように構成されている、請求項1に記載のレーダシステム。

請求項7

前記4つのレーダユニットのそれぞれの走査角度が、約−36度、−12度、+12度、及び+36度で走査するように構成されている、請求項1に記載のレーダシステム。

請求項8

前記4つのレーダユニットのそれぞれが、20度と25度との間の電力半値ビーム幅を有するように構成されている、請求項1に記載のレーダシステム。

請求項9

前記4つのレーダユニットのそれぞれが、前記車両の方位面における前記走査ビーム幅を走査するように構成されている、請求項1に記載のレーダシステム。

請求項10

車載レーダシステムを動作させる方法であって、目標方向を決定することと、複数のセクタの中から前記目標方向と関連したセクタを決定することと、前記決定されたセクタと関連したレーダユニットを作動させることと、前記目標方向に最も近いビーム方向レーダビームを向けることと、を含む方法。

請求項11

各レーダユニットは、前記決定されたセクタの90度範囲にわたって前記レーダビームの電力半値ビーム幅を向けるように構成されている、請求項10の方法。

請求項12

各レーダユニットの走査角度が、約−36度、−12度、+12度、及び+36度に走査するように構成されている、請求項11の方法。

請求項13

各レーダユニットは、20度と25度との間の電力半値ビーム幅を有するように構成されている、請求項11の方法。

請求項14

前記複数のセクタは4つのセクタである、請求項10の方法。

請求項15

各セクタが前記車両の方位面の非重複90度セクションを含む、請求項13の方法。

請求項16

1つ以上のプロセッサによって実行されるとコンピューティングデバイスと関係して機能の実行を引き起こす、その上に記録されたプログラム命令を有するコンピュータ可読媒体であって、前記機能は、目標方向を決定することと、複数のセクタの中から前記目標方向と関連したセクタを決定することと、前記決定されたセクタと関連したレーダユニットを作動させることと、前記目標方向に最も近いビーム方向にレーダビームを向けることと、を含むコンピュータ可読媒体。

請求項17

各レーダユニットは、前記決定されたセクタの90度範囲にわたってレーダビームの電力半値ビーム幅を向けるように構成されている、請求項16のコンピュータ可読媒体。

請求項18

各レーダユニットの走査角度が、約−36度、−12度、+12度、及び+36度に走査し、20度と25度との間の電力半値ビーム幅を有するように構成されている、請求項17のコンピュータ可読媒体。

請求項19

前記複数のセクションは4つのセクタである、請求項16のコンピュータ可読媒体。

請求項20

各セクタが、前記車両の方位面の非重複90度セクションを含む、請求項19のコンピュータ可読媒体。

背景技術

0001

[0001] 本明細書で別段の指示がない限り、本セクションで記載される事項は、本出願の特許請求の範囲に対する先行技術ではなく、かつ、本セクションに含めることにより先行技術として認められるものでもない。

0002

[0002]電波探知測距(レーダ)システムは、電波信号を発し、反射された反射信号を検出することによって、環境特性への距離を能動的に推定するために使用することができる。電波反射特性の距離は、送信と受信との間の時間遅延に従って決定することができる。レーダシステムは、時間変化する周波数ランプを有する信号などの、時間とともに周波数が変化する信号を発し、その後、発された信号と反射された信号との間の周波数の差異距離推定値に関連付けることができる。いくつかのシステムは、受信した反射信号のドップラー周波数シフトに基づき、反射物体の相対的な動きを推定することもできる。

0003

[0003]指向性アンテナは、信号の送信及び/又は受信に使用して、各範囲推定値ベアリングと関連付けることができる。より一般的には、指向性アンテナを使用して、対象の所定の視野(field of view)に放射エネルギーを集中(focus)させることもできる。測定された距離と方向情報とを組み合わせることにより、周囲の環境特性をマッピングすることが可能になる。したがって、レーダセンサは、センサ情報によって示される障害物を回避するために、例えば、自律車両制御システムによって使用され得る。

0004

[0004] いくつかの例示的な自動車レーダシステムは、ミリメートル(mm)波電磁波長(例えば、77GHzに対して3.9mm)に対応する77ギガヘルツ(GHz)の電磁波周波数で動作するように構成され得る。これらのレーダシステムは、自律車両の周囲の環境などの環境を高精度にレーダシステムが測定できるようにするために、放射エネルギーを狭いビームに集中させることができるアンテナを使用し得る。そのようなアンテナは、小型(典型的には長方形因子を有する)、効率的(すなわち、77GHzのエネルギーのほとんどは、アンテナ内で熱が失われたり、又は反射して送信機電子機器に戻ることがない)、かつ低コストで製造が容易(すなわち、これらのアンテナを備えたレーダシステムは大量に製造することができる)であり得る。

0005

[0005] 本明細書で開示されるのは、モジュール式平面マルチセクタ90度視野レーダアンテナアーキテクチャに関する実施形態である。一態様では、本出願は、レーダシステムのための装置を説明する。この装置は、4つのレーダユニットが搭載された車両を含み得る。4つのレーダユニットのそれぞれは、電力半値走査ビーム幅(half−power scanning beamwidth)及びそれぞれのブロードサイド方向(broadside direction)で構成され得る。各レーダユニットの電力半値走査ビーム幅は、約90度を走査するように構成され得る。4つのレーダユニットの第1のレーダユニットは、4つのレーダユニットの第2のレーダユニット及び第4のレーダユニットのそれぞれのブロードサイド方向から約90度である、それぞれのブロードサイド方向を有し得る。4つのレーダユニットの第2のレーダユニットは、4つのレーダユニットの第1のレーダユニット及び第3のレーダユニットのそれぞれのブロードサイド方向から約90度である、それぞれのブロードサイド方向を有し得る。4つのレーダユニットの第3のレーダユニットは、4つのレーダユニットの第2のレーダユニット及び第4のレーダユニットのそれぞれのブロードサイド方向から約90度である、それぞれのブロードサイド方向を有する。そして、4つのレーダユニットの第4のレーダユニットは、4つのレーダユニットの第1のレーダユニット及び第3のレーダユニットのそれぞれのブロードサイド方向から約90度である、それぞれのブロードサイド方向を有する。

0006

[0006] 別の態様では、本出願は方法を説明する。この方法は、車載レーダシステムの動作を含み得る。この方法は、レーダ動作目標方向を決定することをさらに含み得る。この方法は、複数のセクタの中から目標方向に関連するセクタを決定することをさらに含み得る。この方法は、決定されたセクタに関連するレーダユニットを作動させることをさらに含み得る。また、この方法は、レーダビームを目標方向に最も近いビーム方向に向けることも含み得る。

0007

[0007] さらに別の例では、コンピューティングデバイスが提供される。コンピューティングデバイスは、プロセッサと、プロセッサによって実行されたときにコンピューティングデバイスに機能を実行させるプログラム命令を記憶したコンピュータ可読媒体を含み得る。この機能には、レーダ動作の目標方向を決定することが含まれる。この機能は、複数のセクタの中から目標方向に関連するセクタを決定することをさらに含み得る。この機能は、決定されたセクタに関連するレーダユニットを作動させることをさらに含み得る。また、この機能は、レーダビームを目標方向に最も近いビーム方向に向けることも含み得る。

0008

[0008] 別の態様では、本出願は装置を説明する。この装置は、車載レーダシステムを動作させることを含み得る。この装置は、レーダ動作のための目標方向を決定するための手段をさらに含み得る。この装置は、複数のセクタの中から目標方向に関連するセクタを決定する手段をさらに含み得る。この装置は、決定されたセクタに関連するレーダユニットを可能にする手段をさらに含み得る。また、この装置は、レーダビームを目標方向に最も近いビーム方向に向ける手段も含み得る。

0009

[0009] 前述の概要は例示に過ぎず、決して限定することを意図するものではない。上記の例示的な態様、実施形態、及び特徴に加えて、さらなる態様、実施形態、及び特徴は、図面及び以下の詳細な説明を参照することによって明らかになるであろう。

図面の簡単な説明

0010

[0010]導波路上の放射スロットの例を示す図である。
[0011] 10の放射スロットを備えた例示的な導波路を示す図である。
[0012] 6つの放射導波路を備えた例示的なレーダシステムを示す図である。
[0013] 6つの放射導波路及び導波路供給システムを例示的なレーダシステムを示す図である。
[0014]レーダユニットのセクタの例示的なビーム操向を示す図である。
[0015]レーダセクタの例示的なレイアウトを示す図である。
[0016]車載レーダシステムの例示的な方法を示す図である。

実施例

0011

[0017] 以下の詳細な説明では、本明細書の一部を形成する添付の図面を参照する。図面において、類似の記号は、文脈がそうでないと指示しない限り、典型的には同様の構成要素を特定する。詳細な説明、図面、及び特許請求の範囲に記載された例示的な実施形態は、限定を意味するものではない。本明細書に提示される主題の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が利用されてもよく、他の変更が行われてもよい。本明細書に一般的に記載され、図示されている本開示の態様は、広範囲の異なる構成で配置、置換、組み合わせ、分離、及び設計することができ、そのすべてがここで明示的に企図されていることは容易に理解されるであろう。

0012

[0018] 以下の詳細な説明は、モジュール式平面マルチセクタ90度視野レーダアンテナアーキテクチャのための装置に関する。実際には、車両用レーダシステムは、様々な視野及び異なる構成を有するレーダシステムを特徴とし得る。典型的には、車両のレーダシステムは、主に順方向に集中している。例えば、車両は、車両から追従している他の車両への追従距離を測定するように設計されたレーダシステムを含み得る。したがって、前方を見るレーダが使用され得る。しかし、前向きレーダはレーダビームの方向を制御することができないことがあり、したがって、車両周辺の一部の領域しか調べられない可能性がある。

0013

[0019] 車両の直前のものよりも広い視野を得るために、より高度なレーダシステムが車両とともに使用され得る。例えば、レーダがレーダビームを操向できること、又は車両が異なる方向を指し示す複数のレーダユニットを特徴とすることが望ましいことがある。したがって、レーダシステムは、車(car)の前の領域だけでなく、異なる領域を調べることができる。いくつかの例では、複数のレーダユニットを操向可能なレーダビームと組み合わせて、車両用レーダシステムの問合せ領域(interrogation region)をさらに増大し得る。

0014

[0020] ここで開示されているのは、アンテナが約90度の方位面(例えば、水平面)にわたって走査する一方で、車両の様々な表面に搭載可能でもある平面マルチセクタ90度視野レーダアンテナアーキテクチャである。視野が90度の視野のレーダアンテナを有することは、1つの90度の非重複セクタを走査するようにそれぞれ構成された4つのレーダユニットを有することによって、全360方位面を走査するレーダシステムが可能になり得る。したがって、現在開示されているレーダシステムは、レーダビームを操向して、車両の方位面内の全領域を調べることができる。そのため、例えば、車の四隅に配置された4つのレーダは、車の周りに全360適用範囲を提供することになる。例えば、このようなシステムは、車両の自律的な運転の一助となり得る。

0015

[0021] 各レーダユニットが90度の領域を走査又はスパンすることができると、車両に4つのレーダユニットを配置することにより、車両は全360方位面にわたってビームを走査することが可能になり得る。4つのレーダユニットのそれぞれは、1つのセクタ(すなわち、方位面の1/4)にわたってビームを走査するように構成されてもよく、したがって、4つのレーダユニットの組み合わせによって平面全体が走査され得る。様々な例では、レーダユニットの配置は、特定の車両、レーダシステムの要件、又は他の設計基準に応じて調整され得る。いくつかのさらなる例では、レーダユニットは、90度ではない角度幅の領域を走査するように構成され得る。例えば、いくつかのレーダユニットは、30度、120度、又は別の角度を走査し得る。さらに、いくつかの例では、車両上のレーダユニットは全360方位面未満を走査し得る。

0016

[0022] いくつかの例では、レーダセクタは、レーダユニットが車両に搭載され得る場所に基づき画定され得る。一例では、車両のサイドミラーのそれぞれに1つのレーダユニットが搭載され得る。他の2つのレーダユニットは、車両の尾灯後ろに搭載され得る。この例では、四分円は、一方の軸が車両の動きの方向と整列し、他方の軸が前方から後方へと車両の中央に整列する軸に基づき画定され得る。別の例では、レーダユニットは、一方が前方を指し、一方が後方を指し、他方が各側面を指すように搭載され得る。この第2の例では、四分円の軸は、車両の動きの方向に対して45度の角度であり得る。加えて、レーダユニットは、車両の上部に搭載され得る。

0017

[0023]モジュール式平面マルチセクタ90度視野レーダアンテナアーキテクチャは、各レーダユニットから放射されるレーダビームを操向することができる。レーダビームは、様々な手法でレーダユニットによって操向され得る。例えば、いくつかの実施形態では、レーダユニットは、それぞれのアンテナの90度の視野にわたってほぼ連続的にビームを操向することができ、レーダユニットは、90度にわたる扇形サブビームで構成することができる。他の実施形態では、レーダユニットは、レーダビームをそれぞれのアンテナの90度の視野内の所定の方向に操向することができる。例えば、1つのレーダユニットは、レーダビームを、それぞれのアンテナの90度の視野内で4つの別々の角度に操向することができる。この例では、4つの角度は、約36度、−12度、12度、及び36度(レーダユニットの放射面から測定されるか、又はレーダユニットの放射面に垂直に測定される)であり得る。

0018

[0024] 加えて、各レーダユニットは、約22.5度の電力半値ビーム幅を有し得る。電力半値ビーム幅は、レーダビームの最大の振幅の半分に相当する2点間のレーダビームの主ローブの、度単位で測定された幅を表す。様々な実施形態において、レーダビームの電力半値ビーム幅は、22.5度とは異なることがある。加えて、いくつかの実施形態では、レーダビームの電力半値ビーム幅は、レーダビームが指し示される角度に依存して変化し得る。例えば、レーダビームの電力半値幅は、レーダビームが放射面に直交(すなわちブロードサイド)され、広がり、レーダビームが直交方向から離れるように操向される場合、より狭くなり得る。これらの4つの角度のそれぞれにビームを操向することによって、レーダユニットは、全90度の視野を走査又はスパンすることができる。

0019

[0025] ここで図面を参照すると、図1は、レーダユニット100の導波路102上の放射スロット(104、106a、106b)の一例を示している。レーダユニット100は、放射スロット(104、106a、106b)の導波路102上の1つの可能な構成を示すことが理解されよう。

0020

[0026] また、このようなアンテナの所与の用途が、放射スロット(104、106a、106b)及び導波路102の両方の適切な寸法及びサイズを決定し得ることも理解されよう。例えば、上述のように、いくつかの例示的なレーダシステムは、3.9ミリメートル電磁波長に相当する77GHzの電磁波周波数で動作するように構成され得る。この周波数では、方法100によって製造された装置のチャネルポート等は、77GHzの周波数に適した所定の寸法とすることができる。他のアンテナ及びアンテナの応用例も可能である。

0021

[0027]レーダユニット100の導波路102は、高さがH、幅がWである。図1に示したように、導波路の高さはY方向に延び、幅はZ方向に延びている。導波路の高さと幅は両方とも導波路102の動作の周波数に基づき選ばれ得る。例えば、導波路102を77GHzで動作させる場合、導波路102は高さH及び幅Wで構成され、77GHz波の伝搬を可能にし得る。電磁波は導波路を通ってX方向に伝搬し得る。いくつかの例では、導波路は、WR−12又はWR−10などの標準サイズを有し得る。WR−12導波路は、60GHz(5mm波長)と90GHz(3.33mm波長)との間の電磁波の伝搬を支援し得る。加えて、WR−12導波路は、約3.1mm×1.55mmの内部寸法を有し得る。WR−10導波路は、75GHz(4mm波長)と110GHz(2.727mm波長)との間の電磁波の伝搬を支援し得る。加えて、WR−12導波路は、約2.54mm×1.27mmの内部寸法を有し得る。例として、WR−12及びWR−10導波路の寸法を示す。他の寸法も可能である。

0022

[0028]導波路102は、導波路を通って伝搬する電磁エネルギーを放射するようにさらに構成され得る。放射スロット(104、106a、106b)は、図1に示したように、導波路102の表面上に配置され得る。加えて、図1に示したように、放射スロット(104、106a、106b)は、高さHの寸法を有する導波路102の側面に主に配置され得る。さらに、放射スロット(104、106a、106b)は、電磁エネルギーをZ方向に放射するように構成され得る。

0023

[0029]線形スロット104は、伝統的な導波路放射スロットであってもよい。線形スロット104は、スロットの長寸法と同じ方向に偏波を有し得る。Y方向に測定された線形スロット104の長寸法は、導波路を通って伝搬する電磁エネルギーの波長の約半分であり得る。77Ghzでは、線形スロット104の長寸法は、線形スロットを共振させるために約1.95mmであり得る。図1に示したように、線形スロット104は、導波路102の高さHよりも長い長寸法を有し得る。したがって、線形スロット104は、高さH寸法を有する導波路のちょうど側面に嵌合するには長すぎる可能性がある。線形スロット104は、導波路102の最上部及び最下部に続くことができる。加えて、線形スロット104の回転は、導波路の向きに関して調整され得る。線形スロット104を回転させることによって、線形スロット104のインピーダンス、及び放射の偏光及び強度が調整され得る。

0024

[0030] 加えて、線形スロット104は、X方向に測定され得る幅寸法を有する。一般的に、線形スロット104の帯域幅を調整するために、導波路の幅を変えることができる。多くの実施形態では、線形スロット104の幅は、導波路を通って伝搬する電磁エネルギーの波長の約10%である。77Ghzでは、線形スロット104の幅は、約0.39mmであり得る。しかし、線形スロット104の幅は、様々な実施形態において、より広く又は狭くし得る。

0025

[0031] しかし、いくつかの状況では、導波路102が、高さHの寸法を有する導波路の側面以外の任意の側面上にスロットを有することは、実用的ではあり得ない。例えば、いくつかの製造プロセスは、層状の導波路構造を作り出し得る。これらの層は、導波路の片側のみが自由空間に曝露されるようにすることができる。層が形成されるとき、それぞれの導波路の最上部及び最下部は自由空間に曝露されないことがある。したがって、導波路の最上部及び最下部に延びる放射スロットは、自由空間に完全に曝露されず、したがって、導波路のいくつかの構成では正しく機能しないであろう。したがって、いくつかの実施形態では、折畳式スロット106a及び106bを使用して、導波路の内部から電磁エネルギーを放射することができる。

0026

[0032]導波路は、電磁エネルギーを放射するために、折畳式スロット106a及び106bなどの様々な寸法のスロットを含み得る。例えば、半波長サイズのスロットが導波路の側面に嵌合できない状況において、折畳式スロット106a及び106bが導波路に使用され得る。折畳式スロット106a及び106bはそれぞれ、関連する長さ及び幅を有し得る。折畳式スロットの湾曲部又は屈曲部を介して測定されるように、折畳式スロット106a及び106bの全長は、波中の電磁エネルギーの波長の約半分に等しくてもよい。したがって、同じ動作周波数では、折畳式スロット106a及び106bは、線形スロット104とほぼ同じ全長を有し得る。図1に示したように、折畳式スロット106a及び106bは、それぞれ文字のZのような形状である、Zスロットである。様々な実施形態において、他の形状も同様に使用され得る。例えば、Sスロットと7スロットの両方も使用され得る(ここでスロットはそれに因んだ文字又は番号のような形状になる)。

0027

[0033]折畳式スロット106a及び106bはそれぞれ、回転を有し得る。上記と同様に、折畳式スロット106a及び106bの回転は、導波路の向きに関して調整され得る。折畳式スロット106a及び106bを回転させることによって、折畳式スロット106a及び106bのインピーダンス及び放射の偏光が調整され得る。放射強度はまた、低めのサイドローブレベル(SLL)に整列させるための振幅テーパに使用できるような回転によって変化させることができる。SLLについてはアレイ構造に関してさらに述べる。

0028

[0034]図2は、レーダユニット200内に10の放射Zスロット(204a〜204j)を有する例示的な導波路202を示す。電磁エネルギーが導波路202を伝搬するにつれて、電磁エネルギーの一部は、導波路202上の放射Zスロット(204a〜204j)の1つ以上に結合し得る。したがって、導波路202上の放射Zスロット(204a〜204j)のそれぞれは(Z方向の)電磁信号を放射するように構成され得る。場合によっては、放射Zスロット(204a〜204j)のそれぞれは、関連するインピーダンスを有し得る。各それぞれの放射Zスロット(204a〜204j)のインピーダンスは、それぞれのスロットの寸法とそれぞれのスロットの回転の両方の関数であり得る。各それぞれのスロットのインピーダンスは、各それぞれの放射Zスロットの結合係数を決定し得る。結合係数は、それぞれのZスロットによって放射される導波路202を伝搬する電磁エネルギーの割合を決定する。

0029

[0035] いくつかの実施形態では、放射Zスロット(204a〜204j)は、テーパ形状に基づき回転するように構成され得る。テーパ形状は、各放射Zスロット(204a〜204j)に対する所与の結合係数を指定し得る。加えて、テーパ形状は、所望のビーム幅でビームを放射するように選択され得る。例えば、図2に示された一実施形態では、テーパ形状を得るために、放射Zスロット(204a〜204j)がそれぞれ関連する回転を有し得る。各放射Zスロット(204a〜204j)の回転は、各スロットのインピーダンスを異なるようにし、したがって各放射Zスロット(204a〜204j)の結合係数をテーパ形状に対応させる。導波路202の放射Zスロット204a〜204jのテーパ形状、ならびに他の導波路の他の放射Zスロットのテーパ形状は、そのような導波路のグループを含むアンテナアレイのビーム幅を制御し得る。アレイが電磁エネルギーを放射するとき、エネルギーは、主ビーム及びサイドローブに一般に放射される。典型的には、サイドローブはアレイからの望ましくない副作用である。したがって、テーパ形状は、アレイからSLL(すなわち、サイドローブに放射されるエネルギーの量)を最小限に抑え又は低減するように選択され得る。

0030

[0036]図3は、6つの放射導波路304a〜304fを有する例示的なレーダシステム300を示す。6つの放射導波路304a〜304fのそれぞれは、放射Zスロット306a〜306fを有し得る。6つの放射導波路304a〜304fのそれぞれは、図2に関して述べた導波路202と同様であり得る。いくつかの実施形態では、一群の導波路は、それぞれ放射スロットを含み、アンテナアレイとしても知られている。6つの放射導波路304a〜304fのアンテナアレイの構成は、レーダシステム300の所望の放射パターンと製造プロセスの両方に基づき得る。レーダシステム300の放射パターンの構成要素の2つは、ビーム幅もビーム角も含む。例えば、図2で述べたのと同様に、放射導波路304a〜304fのそれぞれの放射Zスロット306a〜306fのテーパ形状が、アンテナアレイのビーム幅を制御し得る。レーダシステム300のビーム幅は、その全体にわたって多数のレーダシステムの大半の放射エネルギーが向けられているアンテナ面(例えば、X〜Y面)に対する角度に対応し得る。

0031

[0037]図4は、6つの放射導波路404a〜404f及び導波路給電システム402を有する例示的なレーダシステム400を示す。6つの放射導波路404a〜404fは、図3の6つの放射導波路304a〜304fと同様であり得る。いくつかの実施形態では、導波路給電システム402は、入力ポートで電磁信号を受け取り、6つの放射導波路404a〜404f間で電磁信号を分配するように構成され得る。このように、放射導波路404a〜404fのそれぞれの各放射Zスロット406a〜406fが放射する信号は、導波路給電システムを通ってX方向に伝搬し得る。様々な実施形態において、導波路給電システム402は、図4に示されているものと異なる形状又は構成を有し得る。導波路給電システム402の形状及び構成に基づき、放射信号の様々なパラメータが調整され得る。例えば、放射ビームの方向及びビーム幅は、導波路給電システム402の形状及び構成に基づき調整され得る。

0032

[0038]図5は、レーダユニット500のセクタに対するビーム操向の例を示す。レーダユニット500は、操向可能なビームで構成することができ、すなわち、レーダユニット500は、ビームが放射される方向を制御することができる。ビームが放射される方向を制御することによって、レーダユニット500は、その方向のレーダ反射(及び物体)を決定するために、放射を特定の方向に向けることができる。いくつかの実施形態では、レーダユニット500は、方位面の様々な角度にわたって連続的にレーダビームを走査することができる。他の実施形態では、レーダユニット500は、方位面の様々な角度にわたって別々のステップでレーダビームを走査することができる。

0033

[0039]図5の例示的なレーダユニット500は、複数の異なる角度にわたって操向され得るレーダビーム506を有する。図5に示したように、レーダビーム506は、約22.5度の電力半値ビーム幅を有し得る。電力半値ビーム幅は、レーダビーム506の最大の振幅の半分に対応する2つの点の間のレーダビーム506の主ローブの度単位で測定される幅を表す。様々な実施形態において、レーダビーム506の電力半値ビーム幅は22.5度とは異なる場合がある。加えて、いくつかの実施形態では、レーダビーム506の電力半値ビーム幅は、レーダビーム506が向けられる角度に依存して変化し得る。例えば、レーダビーム506の電力半値ビーム幅は、レーダビーム506が放射面に対して直交する504a(すなわちブロードサイド)方向によってより近くに向けられ、広げられ、レーダビーム506が直交方向504aから離れて操向される。

0034

[0040]図5に示した例では、レーダビームは4つの異なる角度に操向できる。操向角度は、放射面に対して直交する504a(すなわち、ブロードサイド)方向に関して測定され得る。ビームは、504cで+36度に、504eで−36度に操向され得る。また、ビームは、504bで+12度に、504dで−12度に操向され得る。4つの異なる角度は、レーダビーム506が操向される別々の角度を表し得る。いくつかの追加の例では、レーダビームを2つの角度に同時に操向し得る。例えば、レーダビームは同時に+12度と−12度の両方に操向され得る。これにより、角度の合計の方向に全体的に操向されるビーム(例えば、−12+12=0、したがってこの例ではビームはブロードサイド方向504aになる)をもたらし得る。しかし、レーダビームを一度に2つの方向に操向する場合、レーダビームの電力半値ビーム幅を広げることができる。したがって、レーダ分解能が低下する可能性がある。

0035

[0041]レーダビーム506を角度504b〜504eのそれぞれに操向することにより、全90度の視野を走査することができる。例えば、レーダビーム506が+36度504cに操向される場合、レーダビーム506の電力半値ビーム幅は+47.25度から+24.75度(ブロードサイド方向504aから測定されるように)をカバーする。さらに、レーダビーム506が−36度604eに操向される場合、レーダビーム506の電力半値ビーム幅は−47.25度から−24.75度までをカバーする。加えて、レーダビーム506が+12度504bに操向される場合、レーダビーム506の電力半値ビーム幅は+23.25度から+0.75度までをカバーする。そして最後に、レーダビーム506が−12度504dに操向される場合、レーダビーム506の電力半値ビーム幅は−23.25度から−0.75度までをカバーする。したがって、レーダビーム506は、−47.25から+47.25度まで、95度の範囲をカバーするように効果的に走査する(すなわち、角度幅にまたがる4つのビームを選択的に有効又は無効にする)ことができる。レーダビーム506の操向角度の数、操向角度の方向、及び電力半値ビーム幅は、特定の例に応じて変動し得る。

0036

[0042] 例えば、以下でさらに論じるが、レーダユニットのレーダビームは、60度の領域のみを走査するように構成され得る。レーダユニットが60度の領域を走査することができる場合は、6つのレーダユニットを使用して全360方位面を走査し得る。しかし、レーダユニットが90度走査できる場合は、4つのレーダユニットが全360方位面を走査し得る。

0037

[0043]図6は、自律車両602のレーダセクタのレイアウトの一例を示す。図6に示したように、レーダセクタのそれぞれは、図4に関して説明したレーダユニットの走査範囲にほぼ等しい角度幅を有し得る。例えば、図6のセクタは、自律車両602の周りの方位面を90度のセクタに分配する。しかし、レーダユニットが90度と異なる角度にわたってレーダビームを走査するように構成されている例では、セクタの幅及び数が変化し得る。

0038

[0044]図6に示したように、レーダセクタは、車両602の軸(612a及び612b)と整列し得る。例えば、車両602の中間点(midpoints)によって画定される前方左、前方右、後方左、及び後方右のセクタがあり得る。各セクタが1つのレーダユニットに対応するため、各レーダユニットは、1つのセクタを走査するように構成され得る。さらに、図6の各レーダユニットの走査角が約90度であるため、各レーダユニットは、他のレーダユニットの走査角とほぼ重複しない領域を走査する。

0039

[0045] 車両602の中間点によって画定されるレーダセクタを得るために、各レーダユニットは、車両602の2つの軸に対して45度の角度で搭載され得る。車両602の2つの軸に対してレーダユニットを45度の角度で搭載することによって、レーダユニットの90度の走査は、1つの車両軸から他の車両軸に走査することになる。例えば、サイドミラーユニット604の軸に対して45度の角度で搭載されたレーダユニットは、前方左セクタ(すなわち、垂直軸612aから車両602の前方を通って通過する軸612bまで走査することができる車両の側部)を走査できる。サイドミラーユニット606の軸に対して45度の角度で追加のレーダユニットが搭載され、前方右セクタを走査できる。後方右セクタを走査するために、レーダユニットを尾灯ユニット610に搭載し得る。加えて、後方左セクタを走査するために、レーダユニットを尾灯ユニット608に搭載し得る。図6に示したレーダユニットの配置は、単なる一例に過ぎない。様々な他の例では、レーダユニットは、車両の上部、又は他の車両の構成要素の内部又は後方などの他の場所に配置され得る。さらに、セクタは、様々な実施形態で異なって画定され得る。例えば、セクタは、車両に対して45度の角度であり得る。この例では、1つのレーダユニットが車両の前方、別の後方、及び他の2つを車両の側面に向けることができる。

0040

[0046] いくつかの例では、車両602のすべてのレーダユニットは、同じ走査角度で構成され得る。車両の周りの方位面は全360度に等しい。したがって、各レーダユニットが同じ走査角度で構成されている場合は、レーダユニットの走査角度は、車両のレーダユニットの数で割った約360に等しくなる。したがって、全方位面走査のために、1つのレーダユニットを備えた車両602は、その全360度にわたって走査できるレーダユニットを必要とする。

0041

[0047] 車両602が2つのレーダユニットを有する場合は、それぞれは、約180度走査する。3つのレーダユニットでは、それぞれが120度の走査を行うように構成されることになる。4つのレーダユニットの場合は、図6に示したように、それぞれは約90度を走査することができる。5つのレーダユニットが車両602上に構成されてもよく、それぞれが72度を走査することができる。さらに、6つのレーダユニットが車両602上に構成されてもよく、それぞれが約60度を走査することができる。

0042

[0048]レーダユニットの数は、レーダユニットの製造の容易さ、車両の配置、又は他の基準などの多数の基準に基づき選択され得る。例えば、いくつかのレーダユニットは、十分に小さい平面構造で構成され得る。平面レーダユニットは、車両の様々な位置に搭載可能であり得る。例えば、車両は、車両の上部に搭載された専用のレーダ筐体を有し得る。レーダ筐体は、様々なレーダユニットを含み得る。しかし、他の実施形態では、レーダユニットを車両構造内に配置し得る。

0043

[0049]レーダユニットが車両構造内に配置されている場合、それぞれは車両の部品を取り外すことなく、車両の外側からは見えないことがある。したがって、車両は、レーダユニットを追加することから審美的、美容的空気力学的に変更され得ない。例えば、レーダユニットは、車両のトリムワークの下、バンパーの下、グリルの下、ライト用筐体内、サイドミラー内、又は他の場所にも配置され得る。いくつかの実施形態では、レーダユニットを覆う物体が少なくとも部分的にレーダに見える位置にレーダユニットを配置することが望ましい場合がある。例えば、様々なプラスチックポリマー、及び他の材料は、レーダ信号を通過させながら、車両構造の一部を形成し、レーダユニットを覆うことができる。

0044

[0050] 加えて、いくつかの実施形態では、レーダユニットが異なるレーダユニットの異なる走査範囲で構成され得る。例えば、いくつかの実施形態では、広い走査角度を有する特定のレーダユニットは、車上の適切な場所に配置できない場合がある。したがって、より小さい走査角のより小さいレーダユニットが、その位置に配置され得る。しかし、他のレーダユニットは、より大きな走査角を有することができる。したがって、レーダユニットの総走査角度は360度(又はそれ以上)まで追加し、全360度方位走査を提供し得る。例えば、車両が、それぞれ100度以上を走査する3つのレーダユニット、及び60度以上を走査する第4のレーダユニットを有し得る。したがって、レーダユニットは、全方位面を走査することができるが、走査セクタは、角度サイズが等しくなくてもよい。

0045

[0051]図7は、車載レーダシステムを動作させるための方法の一例である。さらに、図7の方法700を図1図6と合わせて説明する。車両用のレーダシステムは、車両の周囲の領域を調べるように構成され得る。車両の周囲の領域を調べるために、レーダシステムは、所定の方向にレーダビームを送信し得る。送信ビームは、領域内の物体から反射し得るとともに、これらの反射は、レーダユニットによって受信され得る。受信した反射は、レーダシステム及びコンピュータが車両の近くにどのような物体が配置されているか決定することを可能にし得る。物体そのものが決定されるだけではなく、位置(すなわち、物体との角度及び範囲)も決定し得る。

0046

[0052]ブロック702では、方法700は、目標方向を決定することを含む。目標方向は、多くの異なる手法で決定し得る。例えば、レーダシステムは、連続して、車両の周りの方位面にわたって円形にレーダビームを走査するように構成され得る。連続的に円形にレーダビームを走査することによって、レーダシステムは、連続的に、定期的に車両周辺の全方向を調べることができる。

0047

[0053] 他の例では、レーダユニットは、周期的に車両の動作モードに応じて、様々な方向にレーダビームを走査するように構成され得る。例えば、車両が走行している間、レーダシステムは、主に車両の進行方向にレーダビームを走査するように構成され得る。レーダビームは、車両の前方に配置され得る物体の検出を改善するために、進行方向に集中され得る。しかし、レーダシステムは、主に車両の進行方向にレーダビームを走査し得るが、それはまた、車両が走行している方向以外の方向の物体に関する情報を得るために、より少ない頻度であるが、他の方向に走査し得る。

0048

[0054] さらなる例では、レーダシステムは目標方向を決定するために、他の様々なアルゴリズムを使用し得る。いくつかのアルゴリズムは、目標方向を決定するために、レーダシステムからのフィードバック機構を使用し得る。例えば、レーダシステムは、所定のパターンでビームを送信するように構成され得る。しかし、レーダ(又は反射物体の欠如)を反映するいずれかの物体に基づき、レーダシステムは、レーダユニットがレーダ信号を送信しているパターン及び/又は方向を変更し得る。

0049

[0055]レーダシステムが目標方向を選択する特異的機構は、この特異的用途のために必要ではない。本開示は、目標方向がどのように選択されるかにかかわらず、同様に機能する。

0050

[0056]ブロック704では、方法700は、複数のセクタの中から、目標方向に関連したセクタを決定することを含む。可能なレーダ送信の各方向は、車両のレーダセクタの1つに対応し得る。したがって、目標方向が決定されている場合、関連セクタは、目標方向に基づき計算され得る。例えば、レーダシステムは、特定のレーダセクタに目標方向に関するデータベースを含み得る。他の例では、レーダシステムは、目標方向に基づきレーダセクタを計算することができるプロセッサを有し得る。

0051

[0057]ブロック706では、方法700は、決定されたセクタに関連したレーダユニットを作動させることを含む。セクタが決定されると、そのセクタに関連付けられたレーダユニットが有効にされ得る。したがって、いったん有効になると、レーダユニットはレーダ信号を送信できる。いくつかの例では、様々なレーダユニットは、レーダ送信のために特異的レーダユニットが使用されるまで給電され得ない。したがって、給電されていないレーダユニットは、レーダ信号を送信することを可能にするために、レーダユニットの電源を入れることによって有効にされ得る。

0052

[0058] いくつかのさらなる実施例では、レーダユニットを有効にすることは、それぞれのレーダユニットに関連付けられているレーダ送信機のスイッチを入れることを含み得る。他の例では、レーダユニットは、それぞれのレーダユニットがレーダを送信していないときに非送信スタンバイモード状態であり得る。この例では、レーダユニットを有効にすることは、レーダユニットのレーダ送信モードを作動させることを含み得る。様々な例では、レーダユニットは、能動送信モード又は受動モードのいずれかで動作し得る。受動モードは、レーダユニットが送信のために有効にされることを待機し、レーダを受動的に受信しているか、又は両方のいずれかを意味し得る。ブロック706は、レーダユニットがレーダ信号を送信する用意をさせる。

0053

[0059]ブロック708では、方法700は、目標方向に最も近いビーム方向にレーダビームを向けることを含む。いくつかの例では、決定された目標方向は、レーダユニットの操向角度と直接対応し得ない。したがって、レーダユニットは、目標角度に最も近いレーダユニットの可能なレーダ操向角のレーダ操向角でレーダ信号を送信するように構成され得る。

0054

[0060] 例えば、目的の角度は、車両の前方に面する方向から測定されるように17度であり得る。図5に関して述べたレーダユニットが45度の取付角度図6に関して述べたように)で使用される場合は、レーダユニットが正確に17度でレーダ信号を送信することは可能ではない。しかし、図5のレーダユニット502のようなレーダユニットが搭載されている場合は、レーダユニット502の広い側面角504aは45度を指しているので、ブロードサイド方向504eに対して−36度にビームを操向することができる。これにより、レーダビームが9度(45度ブロードサイドビームは−36度で操向、45−36=9)で指されることになる。したがって、17度の目標方向は、このレーダ送信の電力半値ビーム幅の範囲内となる。ビームは車両の順方向に対して9度で操向される場合、レーダ信号の電力半値ビーム幅は、−2.25度から20.25度までをカバーし得る。したがって、17度の目標方向が望ましい場合、ビームは、レーダユニットがレーダ信号を送信できる17度に最も近い方向に操向される。

0055

[0061]ブロック708を繰り返すことにより、レーダユニットは、車両の周囲の全方位面を調べるために、様々な方向にレーダビームを操向することができる。したがって、レーダビームは、方位面のすべて個別の角度に連続的に走査され得ないが、各別々の角度で走査することによって、全方位面を調べることができる。したがって、車両用のレーダシステムは、複数のレーダユニットを用いて方位面をセクタに分配することにより、車両の周囲の全360域の物体を検出できる。

0056

[0062] 上記のものを含むがこれらに限定されない様々なプロセスは、放射、導波路、最下部、及び/又は追加の層と関係し得ることが理解されよう。また、本明細書に記載の構成は一例の目的のためであることが理解されよう。したがって、当業者は、他の構成及び他の要素(例えば、機械、装置、インターフェース、機能、順序、及び機能のグループ、等)を代わりに使用できることを理解するであろうし、いくつかの要素は、所望の結果に応じて完全に省略され得る。さらに、記載されている要素の多くは、任意の適切な組み合わせ及び場所で、個別の又は分散した構成要素として、又は他の構成要素と連携して実施することができる機能エンティティである。

0057

[0063] 様々な態様及び実施形態が本明細書に開示されているが、他の態様及び実施形態が当業者には明らかであろう。本明細書で開示された様々な態様及び実施形態は例示目的のためであり、限定することは意図されず、範囲は以下の特許請求の範囲によって示されている。

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