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ANTENNA DEVICE, BEAM STEERING SYSTEM, RADAR APPARATUS, AND SENSOR USING RADAR APPARATUS meetings

Foreign code F210010287
File No. (3173,S2019-0389-N0)
Posted date Jan 28, 2021
Country WIPO
International application number 2020JP016117
International publication number WO 2020213525
Date of international filing Apr 10, 2020
Date of international publication Oct 22, 2020
Priority data
  • P2019-078858 (Apr 17, 2019) JP
Title ANTENNA DEVICE, BEAM STEERING SYSTEM, RADAR APPARATUS, AND SENSOR USING RADAR APPARATUS meetings
Abstract Provided are an antenna device that performs beam scanning over a wider angle with a small configuration that can be integrated, and a radar apparatus using the same. The antenna device has a waveguide having an input end, and a first antenna and a second antenna that are connected to the waveguide. The first antenna receives at least one of a first signal that has been radiated from the first antenna, reflected externally, and returned, and a second signal that has been radiated from the second antenna, reflected externally, and returned, in a direction in which return light to the incident end is not generated in the first antenna, and combines the received signal and first reference light that is not radiated from the first antenna and remains in the first antenna.
Outline of related art and contending technology BACKGROUND ART
In recent years, radars using millimeter waves such as 76GHz band have rapidly been widely used, including on-vehicle applications. The millimeter wave radar can roughly detect the presence or absence of a vehicle or a person, but the accuracy of distance measurement is not so high. On the other hand, the laser radar using the light wave (near-infrared light) can measure the distance with high accuracy with a beam having strong directivity, but is susceptible to weather, shielding, etc.
By using the terahertz wave between the radio wave and the light wave, the object can be detected and discriminated with resolution higher than that of the millimeter wave by one digit or more, and the required antenna size can be reduced by one digit or more.
In order to realize terahertz radars, it is difficult to scan beams and to separate transmission and reception waves. The reason why beam scanning is difficult is that there is no phase shifter which is low in loss and can be integrated at present. It is difficult to separate transmission and reception waves because there is no circulator of low loss and high isolation at present time. A general-purpose terahertz radar has not yet been realized, and beam scanning is performed by mechanical driving in combination of large-scale optical systems and reflectors for the purpose of research and development.
In order to perform beam scanning without using a phase shifter or mechanical drive, a terahertz radar has been proposed that scans a beam in a constant angular range using a microstrip based leaky wave antenna (, see Non-Patent Document 1).
Scope of claims (In Japanese)[請求項1]
 入射端を有する導波路と、
 前記導波路に接続される第1アンテナ、及び第2アンテナと、
を有し、
 前記第1アンテナは、前記第1アンテナから放射され外部で反射されて戻ってきた第1信号と、前記第2アンテナから放射され外部で反射されて戻ってきた第2信号の少なくとも一方を前記第1アンテナ内で前記入射端への戻り光が生じない方向に受信し、受信した信号と、前記第1アンテナから放射されずに前記第1アンテナ内に留まる第1参照光とを合波する、
アンテナデバイス。

[請求項2]
 前記第1アンテナと前記第2アンテナは異なる方向に向けられており、
 前記第1アンテナは、前記第2アンテナから放射され外部で反射されて戻ってきた前記第2信号と、前記第1アンテナから放射されずに前記第1アンテナ内に留まる第1参照光とを合波し、
 前記第2アンテナは、前記第1アンテナから放射され外部で反射されて戻ってきた前記第1信号と、前記第2アンテナから放射されずに前記第2アンテナ内に留まる第2参照光とを合波する、
請求項1に記載のアンテナデバイス。

[請求項3]
 前記第1アンテナと前記第2アンテナは同じ方向に向けられており、
 前記第1アンテナは、前記第1信号と前記第2信号を受信し、前記第1信号と前記第2信号を、前記第1アンテナから放射されずに前記第1アンテナ内に留まる第1参照光と合波し、
 前記第2アンテナは、前記第1信号と前記第2信号を受信し、前記第1信号と前記第2信号を、前記第2アンテナから放射されずに前記第2アンテナ内に留まる第2参照光と合波する、
請求項1に記載のアンテナデバイス。

[請求項4]
 前記第1アンテナに反射板が設けられており、前記第1アンテナを伝搬する光波の一部は前記反射板によって第1の方向へ放射され、
 前記第1アンテナは、前記第1の方向から戻ってくる前記第1信号を前記入射端への戻り光が生じない方向に受信して、前記第1参照光と合波する、
請求項1に記載のアンテナデバイス。

[請求項5]
 少なくとも前記第1アンテナは、放射されずに前記第1アンテナ内に留まる前記第1参照光と、前記第1アンテナから放射される放射光との割合を調整する放射率調整機構を有する請求項1~4のいずれか1項に記載のアンテナデバイス。

[請求項6]
 前記第1アンテナと前記第2アンテナは、速波線路型または遅波線路型の導波路上に構成されるアンテナである、請求項1~5のいずれか1項に記載のアンテナデバイス。

[請求項7]
 少なくとも前記第1アンテナは、速波線路型の導波路の一部が前記放射率調整機構で置き換えられた当該導波路であり、前記放射率調整機構は、2以上の開口が前記導波路の伝搬方向に配置されており、前記開口の間隔、及び前記開口の径またはサイズが使用波長よりも短い、請求項5に記載のアンテナデバイス。

[請求項8]
 少なくとも前記第1アンテナは、遅波線路型の導波路の一部が前記放射率調整機構で置き換えられた当該導波路であり、前記放射率調整機構は回折格子である、請求項5に記載のアンテナデバイス。

[請求項9]
 少なくとも前記第1アンテナは、漏れ波アンテナの一部が前記放射率調整機構で置き換えられた当該漏れ波アンテナであり、前記放射率調整機構は、前記漏れ波アンテナの伝搬方向に沿って延設された一つの開口であり、前記開口の幅は使用波長よりも短い、請求項5に記載のアンテナデバイス。

[請求項10]
 少なくとも前記第1アンテナは、誘電体で構成される誘電体導波路の一部が前記放射率調整機構で置き換えられた当該導波路であり、前記放射率調整機構は、当該誘電体導波路に形成されるグレーティングカプラである、請求項5に記載のアンテナデバイス。

[請求項11]
 請求項1~10のいずれか1項に記載のアンテナデバイスと、
 前記入射端に接続される周波数掃引または広帯域発光が可能な光源と、
を有する、
ビームステアリングシステム。

[請求項12]
 周波数掃引または広帯域発光が可能な光源と、
 前記光源からの光波を入力する導波路と、
 前記導波路に接続される第1アンテナと、
 前記導波路に接続される第2アンテナと、
 前記第1アンテナの出力端と、前記第2アンテナの出力端の少なくとも一方に接続される検出器と、
 前記検出器の出力に接続されるプロセッサと、
を有し、
 前記第1アンテナは、前記第1アンテナから放射され外部で反射された第1信号光と前記第2アンテナから放射され外部で反射された第2信号光の少なくとも一方を、前記光源への戻り光が生じない方向に受信し、
 前記検出器に、前記受信した光波と、前記第1アンテナから放射されずに前記第1アンテナ内に留まる第1参照光が入力され
 前記プロセッサは、前記検出器の出力に基づいて物体の位置および速度を推定する、
レーダ装置。

[請求項13]
 前記検出器は、前記第1アンテナの出力端に接続され、前記第1信号光と前記第1参照光の重ね合わせを入力として受けとる、
請求項12に記載のレーダ装置。

[請求項14]
 前記検出器は、前記第1アンテナの出力端に接続される第1検出器と、前記第2アンテナの出力端に接続される第2検出器とを含み、
 前記プロセッサは、前記第1検出器の出力と前記第2検出器の出力に接続され、
 前記第1検出器に、前記第1参照光と、前記第2アンテナから放射され外部で反射された第2信号光が入力されて前記第2信号光が検波され、
 前記第2検出器に、前記第2アンテナから放射されずに前記第2アンテナ内に留まる第2参照光と、前記第1信号光が入力されて前記第1信号光が検波され、
 前記プロセッサは、前記第1検出器の出力と前記第2検出器の出力に基づいて前記物体の位置および速度を推定する、
請求項12に記載のレーダ装置。

[請求項15]
 前記第1アンテナの出力端と前記第2アンテナの出力端に接続される合成器、
を有し、
 前記検出器は、前記合成器の出力に接続される第1検出器と第2検出器を含み、
 前記プロセッサは、前記第1検出器の出力と前記第2検出器の出力に接続され、
 前記第1アンテナから前記合成器に、前記第1信号光と、前記第1参照光と、前記第2アンテナから放射され外部で反射された第2信号光とを含む第1受信信号が入力され、
 前記第2アンテナから前記合成器に、前記第1信号光と前記第2信号光と前記第2アンテナから放射されずに前記第2アンテナ内に留まる第2参照光とを含む第2受信信号が入力され、
 前記合成器は前記第1受信信号と前記第2受信信号をアナログ合成し、前記第1検出器と前記第2検出器に、前記第1受信信号と前記第2受信信号の和成分と差成分を供給する、
請求項12に記載のレーダ装置。

[請求項16]
 前記プロセッサは、所定範囲の周波数を掃引し、
 前記所定範囲の全帯域の掃引結果を一度に用いて前記物体の方向と距離を計算して第1推定値を決定し、
 前記所定範囲を複数の区間に分割した各帯域で前記物体の前記方向と前記距離を計算して第2推定値を決定し、
 前記第1推定値と前記第2推定値に基づいて前記物体の前記位置と前記速度を決定する、
請求項12~15のいずれか1項に記載のレーダ装置。

[請求項17]
 前記光源は広帯域発光が可能な光源であり、
 前記検出器は、周波数分解可能な検出器である、
請求項12~16のいずれか1項に記載のレーダ装置。

[請求項18]
 前記第1アンテナ、前記第2アンテナ、前記検出器の組が複数配置され、
 前記プロセッサは、すべての検出器からの出力に基づいて前記物体の位置及び速度を推定する、請求項12~17のいずれか1項に記載のレーダ装置。

[請求項19]
 請求項12~18のいずれか1項に記載のレーダ装置を用いて非接触に対象物の形状、変位、及び状態の少なくともひとつを推定するセンサ。

[請求項20]
 前記対象物に振動を印加する加振器、
をさらに有し、前記レーダ装置は前記振動の印加の下で、前記対象物で反射された反射信号を受信し、
 前記プロセッサは、前記反射信号に基づいて前記対象物の内部状態を計測する、
請求項19に記載のセンサ。
  • Applicant
  • ※All designated countries except for US in the data before July 2012
  • KEIO UNIVERSITY
  • Inventor
  • MONNAI, Yasuaki
IPC(International Patent Classification)
Specified countries National States: AE AG AL AM AO AT AU AZ BA BB BG BH BN BR BW BY BZ CA CH CL CN CO CR CU CZ DE DJ DK DM DO DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM GT HN HR HU ID IL IN IR IS JO JP KE KG KH KN KP KR KW KZ LA LC LK LR LS LU LY MA MD ME MG MK MN MW MX MY MZ NA NG NI NO NZ OM PA PE PG PH PL PT QA RO RS RU RW SA SC SD SE SG SK SL ST SV SY TH TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN WS ZA ZM ZW
ARIPO: BW GH GM KE LR LS MW MZ NA RW SD SL SZ TZ UG ZM ZW
EAPO: AM AZ BY KG KZ RU TJ TM
EPO: AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR
OAPI: BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW KM ML MR NE SN ST TD TG
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