CN102170047A - 用于雷达传感器设备的天线装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于雷达传感器设备的天线装置(15.1)，具有多个在一平面内在垂直或水平方向上彼此平行地设置的天线单元排(15a，15b)，这些天线单元排分别具有至少两个天线单元(24)、尤其是贴片单元，以及附属的相位中心(23a，23b)，并且这些天线单元排(15a，15b)与一形成射束的柱面透镜(25)间隔开地设置。至少两个天线单元排(15a，15b)连同其附属的相位中心(23a，23b)在垂直或水平方向上彼此相对移位，其中，所述形成射束的柱面透镜(25)被如此设置和构造，使得由所述至少两个天线单元排(15a，15b)发出的天线辐射(26a，26b)分别在不同的垂直或水平角度下聚焦，由此所述至少两个天线单元排(15a，15b)在垂直或水平方向上既具有彼此偏离的方向特性也具有相位差。

Description

用于雷达传感器设备的天线装置
技术领域
本发明涉及一种用于雷达传感器设备的天线装置，所述天线装置具有多个在平面内在垂直或水平方向上彼此平行地设置的天线单元排，这些天线单元排分别具有至少两个天线单元、尤其是贴片单元，以及附属的相位中心，并且这些天线单元排与形成射束的柱面透镜间隔开地设置。此外本发明还涉及一种雷达传感器设备和一种设备、尤其是机动车的驾驶员辅助系统。
背景技术
在机动车中，越来越多地使用雷达传感器以在驾驶员辅助系统的范畴内检测交通环境，例如进行雷达支持的距离调节(Adaptive Cruise Control-Systeme/ACC：自适应巡航控制系统)。例如在罗伯特·博世有限责任公司的“Adaptive Fahrgeschwindigkeitsregelung ACC”，黄色系列，2002版，技术课程中公开了一种这样的机动车速度调节系统。用在机动车领域中的雷达传感器的重要测量参数除物体的距离和速度外还有物体的角度。在此，水平角度和垂直角度都是重要的。水平角度用于估计横向偏移并且由此用于车道分配。垂直角度是重要的，以便区分可在上面驶过的物体、可在下面驶过的物体或者迎面行驶的物体。因此，物体可以归类为相关的障碍物或者不相关的障碍物。这尤其在安全应用中也非常重要，以便避免由于金属物体(例如，罐头、井盖等等)而造成的故障。
这类雷达传感器通常由于成本原因而不具有直接测量物体高度或者仰角的可能性。已知的具有仰角估计的雷达传感器例如通过机械转向或者间接地通过物体的反向散射特性的时间分析来实现这种可能性。
由于其平的结构并且易于制造——例如在蚀刻方法中，所谓的平面天线装置或者贴片天线(Patch-Antenne)特别适合用于以上所述的雷达传感器。这类天线涉及分别施加以已定义的振幅和相位的、进行辐射的谐振器(天线单元或者贴片单元/贴片)的平面装置。各个贴片单元的辐射图的叠加产生最终的天线辐射图，其中，行负责方位角的特性而列负责仰角的特性。天线单元可以在垂直方向上平行地、彼此重叠地设置在天线单元行中。
在天线装置中，水平的物体角度和垂直的物体角度的同步测量往往通过二维的天线阵列以大的硬件耗费和计算耗费实现。
在DE 102004039743A1中说明了一种具有贴片单元的天线结构。
由DE 10256524A1公开了一种用于在使用雷达脉冲和至少两个天线单元的叠加的辐射特性的情况下测量角度位置的装置。
DE 102007036262A1涉及一种用于机动车的雷达传感器，其具有用于微波的发射和接收装置，其中，设有彼此独立的用于方位角和仰角的射束形成装置并且用于仰角的射束形成装置具有柱面透镜。
此外，在JP 2008151583A中说明了一种二维的天线阵列。
发明内容
根据本发明，提出一种用于雷达传感器设备的天线装置，所述天线装置具有多个在一平面内在垂直或水平方向上彼此平行地设置的天线单元排(Antennenelementreihe)，这些天线单元排分别具有至少两个天线单元、尤其是贴片单元，以及附属的相位中心，并且这些天线单元排与形成射束(strahlformend)的柱面透镜间隔开地设置，其中，至少两个天线单元排连同其附属的相位中心在垂直或水平方向上彼此相对移位，其中，形成射束的柱面透镜被如此设置和构造，使得从所述至少两个天线单元排发出的天线辐射分别在不同的垂直或水平角度下聚焦，由此所述至少两个天线单元排具有在垂直或水平方向上彼此偏离的方向特性并且相应地在垂直或水平方向上具有相位差。
通过这些措施可以有利地借助雷达传感器设备同时直接地测量或估计物体的仰角和方位角。这以成本有利并且简单的方式通过多行贴片阵列或天线阵列结合柱面透镜来实现。多个天线单元排在方位角方向或仰角方向上彼此相对移位。由此得到分别在方位角和仰角方面同时移位的多个相位源点或相位中心。位于天线单元上的柱面透镜附加地在这两个方向中的一个方向上引起偏斜，而在另一方向上不导致天线波束的偏斜。通过这些措施实现了借助传统的、略微改进的平面天线来同时地、无反作用地测量或估计物体的水平角度和垂直角度，而无需附加的硬件耗费。天线单元行的相位中心或相位源点应理解为其电子参考点。以下将天线单元排或天线单元的接收波或发射波的强度的角度相关性称为天线单元行的方向特性。偏斜应理解为传输角度与天线装置的平面的法线的偏离或者方向特性的转向(Schwenkung)。
非常有利的是，所述至少两个天线单元排在垂直或水平方向上的天线特性的振幅变化通过所述至少两个天线单元排在垂直或水平方向上彼此偏离的方向特性彼此区分，由此可借助于所述至少两个天线单元排在垂直或水平方向上的天线特性的振幅变化的分析来确定至少一个检测到的物体的仰角或方位角并且同时可通过所述至少两个天线单元排的相位分析来确定至少一个检测到的物体的仰角或方位角。
这样可以说，借助于柱面透镜来组合相位分析和振幅分析，以便同时实施方位角和仰角方面的角度估计。
在此，通过相位差进行第一方向上的角度估计，即方位角或仰角方向上的角度估计，而基于由柱面透镜引起的天线波束的偏斜进行不同于第一方向的第二方向上的角度估计，即方位角或仰角方向上的角度估计。为此天线单元排相应地被构造为在垂直方向上彼此平行地设置的天线单元行或者在水平方向上彼此平行地设置的天线单元列。
根据一种实施方式，所述天线单元行是在水平方向上延伸的、彼此平行地设置的天线单元行。
根据一种实施方式，所述天线单元列是在垂直方向上延伸的、彼此平行地设置的天线单元列。
在权利要求5中说明了一种雷达传感器设备。作为雷达传感器例如考虑远程雷达传感器(LRR)、中程雷达传感器(MRR)或者短程雷达传感器(SRR)。
在权利要求6中说明了一种设备，尤其是一种机动车的驾驶员辅助系统。
附图说明
由从属权利要求得出本发明的有利的构型和改进方案。以下根据附图在原理上描述本发明的实施例。
附图示出：
图1：机动车中的驾驶员辅助系统或自适应速度调节设备的重要组件的示意图；
图2：第一实施方式中的根据本发明的天线装置的示意图；以及
图3：第二实施方式中的根据本发明的天线装置的示意图。
具体实施方式
在图1中示出的具有作为驾驶员辅助系统的自适应速度调节设备11的机动车10具有安装在机动车10的前部处的雷达传感器设备12作为物体检测传感器，在所述雷达传感器12的壳体中还安置有自适应速度调节设备11的控制装置14。雷达传感器设备12用于检测机动车10的周围环境中的物体。雷达传感器设备12与控制装置14连接。控制装置14通过数据总线16(CAN、MOST或类似物)与电子驱动控制单元18、制动系统控制单元20以及与人/机接口的HMI控制单元22连接。在未示出的其他实施例中，控制单元14和HMI控制单元2也可以集成在自适应速度调节设备12的控制装置中，尤其是集成在一个共同的壳体中。
雷达传感器设备12借助于多射束雷达测量与位于机动车10前方的反射雷达波的物体的距离、相对速度、仰角和方位角。在控制装置14中分析以规则的时间间隔、例如每10ms接收到的原始数据，以便识别和跟踪各个物体并且尤其是识别在自己车道上在紧前方行驶的机动车并且选择所述机动车作为目标物体。
如从图中还可以看到的，雷达传感器设备12具有根据本发明的天线装置15.1、15.2(参见图2)，借助所述天线装置可以同时确定或估计检测到的物体的垂直角度(仰角)和水平角度(方位角)。
在图2中更详细地示出了雷达传感器设备12的第一实施方式中的根据本发明的天线装置15.1。在此，在左侧子图中作为天线单元排以正视图简化地示出了天线单元行15a、15b及其相位源点23a、23b。天线单元行15a、15b在垂直方向上或在仰角上彼此平行地设置并且分别具有6个天线单元24或贴片单元。如从图2的右侧子图看到的，天线单元行15a、15b与形成射束的柱面透镜25间隔开地设置。图2中的天线装置15.1的右侧子图表示侧视图。因为可以说透过柱面透镜25进行观察，所以在左侧子图中没有示出柱面透镜25。如从图2看到的，两个天线单元行15a、15b连同其附属的相位中心23a、23b在方位角或水平方向上彼此相对移位，其中，形成射束的柱面透镜25被如此设置和构造，使得分别由两个天线单元行15a、15b发出的天线辐射26a、26b在不同的垂直角度下聚焦，由此两个天线单元行15a、15b在垂直方向上具有彼此偏离的方向特性并且在水平方向上具有相位差。
通过柱面透镜25在仰角方向上产生偏斜，即各个天线单元行15a、15b的主辐射方向26a、26b是不同的。
两个天线单元行15a、15b在垂直方向上的天线特性的振幅变化通过天线单元行15a、15b在垂直方向上彼此偏离的方向特性彼此区分，由此可借助于天线单元行15a、15b在垂直方向上的天线特性的振幅变化的分析来确定至少一个检测到的物体的仰角。可通过天线单元行15a、15b的相位分析来确定至少一个检测到的物体的方位角。当然，天线装置还可以具有在其方面也可能相应移位的其他天线单元行。
因此，可以通过两个天线单元行15a、15b的振幅分析来进行仰角方面的角度估计。同时可以有利地通过天线单元行15a、15b的相位分析来进行方位角方面的角度估计。
在图3中更详细地示出了雷达传感器设备12的第二实施方式中的根据本发明的天线装置15.2。在此，在左侧子图中作为天线单元排以正视图简化地示出了天线单元列15c、15d及其相位源点23c、23d。天线单元列15c、15d在水平方向上彼此平行地设置并且同样分别具有6个天线单元24或贴片单元。如从图3的右侧子图看到的，天线单元列15c、15d与形成射束的柱面透镜25间隔开地设置。图3中的天线装置15.2的右侧子图表示侧视图。因为同样可以说透过柱面透镜25进行观察，所以在左侧子图中没有示出柱面透镜25。如从图3可以看到，两个天线单元列15c、15d连同其附属的相位中心23c、23d在垂直方向上彼此相对移位，其中，形成射束的柱面透镜25被如此设置和构造，使得分别由两个天线单元列15c、15d发出的天线辐射26c、26d是在不同的方位角下发射的，其中，所述至少两个天线单元列15c、15d在水平方向上具有彼此偏离的方向特性并且在垂直方向上具有相位差。
通过柱面透镜25在方位角方向上产生偏斜，即各个天线单元列15c、15d的主辐射方向26c、26d是不同的。
两个天线单元列15c、15d在水平方向上的天线特性的振幅变化通过天线单元列15c、15d在水平方向上彼此偏离的方向特性彼此区分，由此可借助于天线单元列15a、15b在水平方向上的天线特性的振幅变化的分析来确定至少一个检测到的物体的方位角。可通过天线单元列15c、15d的相位分析来确定至少一个检测到的物体的仰角。当然，天线装置还可以具有在其方面也可能相应移位的其他天线单元列。
因此，可以通过两个天线单元列15c、15d的相位分析进行仰角方面的角度估计。同时可以有利地通过天线单元列15c、15d的振幅分析进行方位角方面的角度估计。

Claims (6)

1.用于一雷达传感器设备(12)的天线装置(15.1，15.2)，具有多个在一平面内在垂直或水平方向上彼此平行地设置的天线单元排(15a-15d)，这些天线单元排(15a-15d)分别具有至少两个天线单元(24)、尤其是贴片单元，以及附属的相位中心(23a-23d)，并且这些天线单元排(15a-15d)与一形成射束的柱面透镜(25)间隔开地设置，其特征在于，至少两个天线单元排(15a-15d)连同其附属的相位中心(23a-23d)在垂直或水平方向上彼此相对移位，其中，所述形成射束的柱面透镜(25)被如此设置和构造，使得由所述至少两个天线单元排(15a-15d)发出的天线辐射(26a-26d)分别在不同的垂直或水平角度下聚焦，由此所述至少两个天线单元排(15a-15d)具有在垂直或水平方向上彼此偏离的方向特性并且相应地在垂直或水平方向上具有一相位差。
2.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述至少两个天线单元排(15a-15d)在垂直或水平方向上的天线特性的振幅变化通过所述至少两个天线单元排(15a-15d)在垂直或水平方向上彼此偏离的方向特性彼此区分，由此可借助于所述至少两个天线单元排(15a-15d)在垂直或水平方向上的天线特性的振幅变化的分析来确定至少一个检测到的物体的一仰角或一方位角。
3.根据权利要求1或2所述的天线装置，其特征在于，可通过所述至少两个天线单元排(15a-15d)的相位分析来确定至少一个检测到的物体的一仰角或一方位角。
4.根据权利要求1、2或3所述的天线装置，其特征在于，所述天线单元排被构造为在垂直方向上彼此平行地设置的天线单元行(15a，15b)或者被构造为在水平方向上彼此平行地设置的天线单元列(15c，15d)。
5.雷达传感器设备(12)，具有至少一个根据权利要求1至4中任一项所述的天线装置(15.1，15.2)。
6.设备，尤其是一机动车(10)的驾驶员辅助系统(11)，具有至少一个根据权利要求5所述的用于检测所述机动车(10)的周围环境中的物体的雷达传感器设备(12)和一控制装置(14)，所述控制装置(14)与所述至少一个雷达传感器设备(12)连接。
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