CN103004017B

CN103004017B - 天线罩

Info

Publication number: CN103004017B
Application number: CN201180032986.5A
Authority: CN
Inventors: 松沢晋一郎; 小川胜; 竹内宏次
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-07-30
Filing date: 2011-07-19
Publication date: 2016-01-06
Anticipated expiration: 2031-07-19
Also published as: JP5555087B2; WO2012014032A8; EP2599162A1; WO2012014032A1; JP2012034237A; US9110162B2; CN103004017A; EP2599162B1; US20130229299A1

Abstract

一种用于交通工具的雷达（2）的天线罩（1）具有长方体形状，其具有面向雷达（2）的微带天线（21a，21b）的平的罩顶（10）以及侧向地覆盖微带天线（21a，21b）的侧壁（11）。侧壁（11）位于要由微带天线（21a，21b）接收的电磁波被直接接收的范围之外。侧壁（11）的内表面（11a）与罩顶（10）成直角。侧壁（11）的外表面（11b）与侧壁（11）的内表面（11a）成大于0度但小于90度的恒定角度θ。侧壁（11）被构造成使得其厚度朝向微带天线（21a，21b）所在的一侧增加。

Description

天线罩

技术领域

本发明涉及一种用于覆盖天线的天线罩，特别是涉及一种减小天线方向性的周期性波状失真的天线罩。

背景技术

通常设置天线罩来保护天线免受各种外部影响和冲击等。在WO2005/055366、日本专利申请公报No.06-140823（JP-A-6-140823）以及日本专利申请公报No.2009-278501（JP-A-2009-278501）中对这样的天线罩的示例进行了描述。

WO2005/055366描述了在长方体罩的侧壁的内表面处设置无线电波吸收器，使得无线电波吸收器吸收水平传播的不需要的无线电波。

JP-A-6-140823描述了一种具有位于天线上方的平的中心部以及通过弯曲中心部的外周而形成的外周部的罩。根据该罩，由于使得外周部比中心部更厚，所以提高了低仰角方向上的灵敏度。

JP-A-2009-278501描述了一种被构造成使得罩的仰角更低、厚度更大的罩，因此提高了低仰角方向上的灵敏度。

如果使用具有用于从上方覆盖天线的平的罩顶的罩来覆盖天线，则会引起天线方向性的周期性波状失真。作为对该问题的原因进行各种研究和学习的结果，已经揭示天线方向性失真还与罩的位于天线的发射-接收范围之外的部分有关。此外，已发现存在由于全反射临界角等而不能穿过罩的罩顶但是能横向传播（即，沿着与天线延伸的平面平行或基本平行的方向）并且穿过天线的侧壁的电磁波分量，因此在垂直传播的电磁波与横向传播的电磁波之间发生干扰，引起天线方向性的周期性波状失真，也就是说，引起天线方向性的变化。这样的失真在增加天线的波束宽度以提供更宽的发射-接收角度时会增强。

参照其中的描述，WO2005/055366、JP-A-6-140823和JP-A-2009-278501中没有一个解决了由诸如上述的天线罩所引起的这样的天线方向性的周期性波状失真，自然地，它们也没有提供用于减小这样的失真的任何方法。

发明内容

本发明提供一种用于减小天线方向性失真的天线罩。

本发明的第一方面涉及一种覆盖用于发射或接收电磁波的天线的天线罩，该天线罩具有：罩顶，该罩顶是平的并且面向天线；以及侧壁，该侧壁侧向地覆盖天线并且与罩顶的边缘成给定角度地与罩顶的边缘相接，其中侧壁位于天线的发射-接收范围之外，并且侧壁的电厚度（即，通过将侧壁的厚度除以相对介电常数所获得的值）朝向天线所在的一侧增加。

要注意的是：罩顶从存在于天线发射和/或接收电磁波的方向上并与天线间隔开定位的区域覆盖天线，“侧向地”指的是存在于与天线发射和/或接收电磁波的方向垂直的方向上并且与天线间隔开定位的区域，“朝向天线所在的一侧”指的是天线罩的侧壁从罩顶向下延伸的方向。

第一方面的天线罩可以是这样的：侧壁被构造成使得侧壁的相对介电常数是均一的，而侧壁的物理厚度朝向天线所在的一侧增加。

此外，上述天线罩可以是这样的：侧壁被构造成使得侧壁的物理厚度朝向天线所在的一侧连续地增加。

此外，上述天线罩可以是这样的：侧壁的内表面与罩顶成直角，而侧壁的外表面与侧壁的内表面成大于0度但小于90度的恒定角度。

此外，上述天线罩可以是这样的：侧壁被构造成使得侧壁的物理厚度朝向天线所在的一侧阶梯状地增加。

此外，上述天线罩可以是这样的：侧壁的内表面与罩顶成直角，而侧壁的外表面呈阶梯状，该外表面具有垂直于侧壁的内表面的局部表面以及与侧壁的内表面成大于0度但小于90度的恒定角度的局部表面，这两种局部表面被交替地布置。

此外，第一方面的天线罩可以是这样的：侧壁的物理厚度是均一的，而侧壁的相对介电常数朝向天线所在的一侧增加。

上述天线罩和雷达可以是这样的：罩顶的厚度是从天线辐射的电磁波在罩顶中的半波长的整数倍。

本发明的第二方面涉及一种具有毫米波天线和上述天线罩的雷达。

根据上述天线罩和雷达，穿过罩的侧壁的电磁波的方向中途发生变化。因此，通过穿过罩的罩顶而直接到达天线的电磁波的方向与穿过侧壁并且随后在罩中经历反射到达天线的电磁波的方向彼此不一致，从而抑制干扰，也就是说，减小了天线方向性的周期性波状失真。因此，例如，雷达可以以提高的精确度测量方位角等。

上述天线罩特别适合作为毫米波天线罩。通常，毫米波天线罩的罩顶和侧壁的厚度基本上等于在罩顶和侧壁内的电磁波的波长，因此方向性失真趋于较大。出于此原因，本发明比在微波天线罩的情况下更有效。

此外，在雷达中使用根据本发明的天线罩的情况下，优选地，雷达的最大检测角度范围等于或者宽于±15度的范围。这是因为雷达的检测角度范围越宽，方向性的周期性失真就越大。更优选地，雷达的最大检测角度范围是±20度至±90度的范围。

附图说明

以下将参照附图来描述本发明的示例性实施例的特征、优点、技术和工业意义，在附图中相同的附图标记表示相同的元件，其中：

图1是示出根据第一示例实施例的用于交通工具的雷达的罩的结构的图；

图2是示出根据比较例的用于交通工具的雷达的罩的结构的图；

图3A是示出比较例的状态的图；

图3B是示出本发明的效果的图；

图4是示出当使用比较例的罩时所发现的方位角与传输损耗之间的关系的曲线图；

图5是示出当使用比较例的罩时所发现的方位角与相位差之间的相关性的曲线图；

图6是示出当使用第一示例实施例的罩时所发现的方位角与传输损耗之间的关系的曲线图；

图7是示出当使用第一示例实施例的罩时所发现的方位角与相位差之间的相关性的曲线图；

图8是示出外表面角度θ与相位图中正梯度部分的比率之间的关系的曲线图；

图9是示出根据第二示例实施例的罩的结构的图；以及

图10是示出根据第三示例实施例的罩的结构的图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图来描述本发明的示例实施例。要注意的是，本发明不限于它们中的任何一种。

（第一示例实施例）

图1是示出根据第一示例实施例的覆盖设置在交通工具中的雷达2的罩1的结构的图。雷达2包括：在其平面图中为矩形的介电板20；设置在介电板20的一侧上的接地板22；以及设置在介电板20的另一侧上的两个微带天线21a和21b。微带天线21a和21b每一个发送及接收76.5GHz的频率的电磁波。微带天线21a和21b的电磁波接收范围集中在垂直于介电板20的方向上。在下文中，相对于介电板20存在微带天线21a和21b的一侧将被称为“上侧”。

雷达2附接在例如交通工具的前护栅上，用于检测到前方的交通工具、障碍物等的距离以及它们的方位等。方位检测是使用相位比较单脉冲法执行的。更具体地，基于通过微带天线21a接收到的电磁波与通过微带天线21b接收到的电磁波之间的相位差来检测所检测对象的方位。此外，可以使用调频连续波（FM-CW）法来检测到所检测对象的距离。

罩1是由介电材料制成的长方体罩。罩1包括：罩顶10，该罩顶10是位于设置有微带天线21a和21b的介电板20的表面的上方的、与微带天线21a和21b间隔开的平的部分，并且其平行于介电板20延伸；以及侧壁11，该侧壁11以给定角度与罩顶10的边缘10a相接。此外，侧壁11位于雷达2的检测范围之外。从而，罩1的罩顶10从上方覆盖雷达2，而罩1的侧壁11侧向地覆盖雷达2。

要注意的是，罩顶10可以与相对于由微带天线21a和21b接收到的电磁波的波阵面呈水平的平面倾斜恒定角度，只要罩顶10是平的并具有均一厚度即可。

制成罩1的介电材料具有3.9的相对介电常数。罩1是通过树脂模制如注模而制造的。罩1的罩顶10的厚度是0.5λg。注意“λg”表示从雷达2辐射的电磁波在罩1内的波长。也就是说，其表示为λg=λ0/(εr)^1/2，其中λ0表示电磁波在自由空间中的波长，εr表示制成罩1的介电材料的相对介电常数。由于罩1的罩顶10的厚度是0.5λg，所以减少了罩顶10处的电磁波反射，因此电磁波可以更容易地穿过罩顶10。通常，这样的电磁波反射的减少也可以在将罩1的罩顶10的厚度设置为0.5λg的整数倍时实现。

侧壁11的内表面11a（即，侧壁11的在存在雷达2的一侧的面）垂直于罩顶10。另一方面，侧壁11的外表面11b（即，侧壁11的在与存在雷达2的一侧相对的一侧的面）与内表面11a成大于0度但小于90度的恒定角度θ，使得侧壁11的厚度（即，水平（沿着与介电板20平行的方向）测量的侧壁11的宽度）以恒定比率朝向介电板20侧（即，存在微带天线21a和21b的一侧）连续增加。

使用第一示例实施例的如上述构造的罩1作为用于覆盖并因此保护雷达2的罩，使雷达方向性的周期性波状失真比使用现有技术的罩时的雷达方向性的周期性波状失真小，因此雷达2可以更精确地检测所检测对象的方位等。

在下文中，将以与比较例的罩进行对比来描述如何通过使用第一示例实施例的罩1实现以上效果。参照图2，比较例的罩与第一示例实施例的罩1在结构上相同，除了其用具有均一厚度的侧壁101代替罩1的侧壁11之外。

当电磁波相对于具有罩顶10的罩倾斜地进入罩时，一些电磁波穿过位于雷达2的检测范围之外的侧壁并且随后进入罩。然后，当通过侧壁进入罩之后，电磁波在罩内水平地传播同时由于全反射临界角而经历多次反射，并且最终到达微带天线21a和21b。

在这样的情形下，如果所述罩是比较例的罩，则由于侧壁101的均一厚度，从外部通过穿过罩顶10直接到达微带天线21a和21b的电磁波的方向可能与通过穿过位于电磁波被直接接收的范围之外的侧壁101进入罩、随后在罩内水平地传播同时经历多次反射而最终到达微带天线21a和21b的电磁波的方向一致（参照图3A）。在这样情况下，电磁波之间发生干扰，导致雷达方向性的周期性波状失真。

另一方面，如果所述罩是第一示例实施例的罩1，则由于侧壁11的厚度朝向微带天线21a和21b所在的一侧增加（即，增加侧壁11的厚度使得其在越接近微带天线21a和21b的点处越大），所以从罩1的外部通过穿过侧壁11进入罩1的电磁波的入射方向在当它们通过侧壁11的外表面11b时与当它们从侧壁11的内表面11a进入罩1时不同。更具体地，与当它们从侧壁11的内表面11a进入罩1时相比，当它们通过侧壁11的外表面11b时它们的入射角更小（即，更接近于水平线的角度）（参照图3B）。因此，通过穿过罩顶10直接到达微带天线21a和21b的电磁波的方向与穿过侧壁11、随后在罩1内水平地传播同时经历多次反射而最终到达微带天线21a和21b的电磁波的方向彼此不一致，因此在它们之间不会发生干扰，从而不会导致雷达方向性失真。

图4是示出在使用比较例的罩作为雷达2的罩时所发现的在微带天线21a和21b处的方位角与相应的传输损耗之间的关系的曲线图。图5是示出方位角与通过微带天线21a所接收的电磁波和通过微带天线21b所接收的电磁波之间的相位差之间的相关性的曲线图（相位图）。要注意的是，图4和图5示出使用传输线矩阵（TLM）法执行的仿真的结果。

参照图4，对于微带天线21a和21b两者，随着方位角变化，传输损耗的形式以周期性波状形式变化，并且传输损耗的最差值高达2.5dB。此外，参照图5，表示方位角与相位差之间的相关性的线的梯度在-40度到40度的方位角范围内不总是为负，而是梯度局部地、周期性地变为正。这是因为当相位差具有特定值时，方位角采用两个或更多个值，也就是说，方位角与相位差不是“一对一对应”的。因此，在一些情况下，不能根据相位差精确地测量方位角。

同时，图6是示出在使用第一示例实施例的罩1作为雷达2的罩时所发现的在微带天线21a和21b处的方位角与相应的传输损耗之间的关系的曲线图。图7是示出方位角与相位差之间的相关性的曲线图（相位图）。图6和图7示出在与图4和图5的条件相同的条件下执行的仿真的结果，同时将侧壁11的外表面11b与内表面11a的角度θ设置为15度。

相互比较图4和图6，发现使用第一示例实施例的罩1减小了传输损耗相对于方位角的变化的周期性波状失真。此外，传输损耗的最差值是1.6dB，也就是说，其小于使用比较例的罩时的传输损耗的最差值。此外，参照图7，表示所检测对象的方位角与相位差之间的相关性的线大致是直的，其不具有梯度为正的部分，并且在-40度到40度的范围内相位差与方位角是“一对一对应”的。因此，能够精确地测量所检测对象的方位角。

图8是示出相位图中正梯度部分的比率如何随着侧壁11的内表面11a与外表面11b的角度θ的变化进行变化的曲线图。注意，方位角的范围是-40度到40度。正梯度部分的比率越高，则相位差与方位角为“一对一对应”的方位角范围就越窄，也就是说，测量方位角的精确度越低。如果正梯度部分的比率高于10%，则即使使用校正手段也不能根据相位差正确地测量方位角。参照图8，如果θ等于或者大于10度，则正梯度部分的比率等于或者低于10%，因此可以使用校正手段来根据相位差精确地测量方位角。特别地，如果θ等于或大于15度，则正梯度部分的比率为0至2%，因此可以更精确地测量方位角。要注意的是，θ优选地是45度或更小。如果θ大于45度，则由罩占用的面积变大，使得难以实现“小尺寸”。

（第二示例实施例）

图9是示出第二示例实施例的覆盖设置在交通工具中的雷达2的罩200的结构的图。罩200与第一示例实施例的罩1在结构上相同，除了其用（在以下描述的）侧壁201来替代第一示例实施例的罩1的侧壁11之外。

如图9所示，侧壁201的外表面201b是阶梯状的，外表面201b具有平行于罩顶10的局部表面以及垂直于罩顶10的局部表面，这两种局部表面被交替地布置。像侧壁11的内表面11a一样，侧壁201的内表面201a与罩顶10成直角。根据该结构，侧壁201的物理厚度朝向微带天线21a和21b所在的一侧阶梯状地增加。

根据第二示例实施例的罩200，从罩200的外部通过穿过侧壁201进入罩200内的电磁波的入射方向在当它们通过侧壁201的外表面201b的平行于罩顶10的局部表面时与当它们从侧壁201的内表面201a进入罩200时不同。此外，因为阶梯状形式，所以存在许多边缘，因此电磁波通过边缘漫射。从而，与使用第一示例实施例的罩1的情况一样，可以减小雷达方向性的周期性波状失真，因此雷达2可以精确地检测所检测对象的方位等。

优选地，为了进一步减小雷达方向性的周期性波状失真，阶梯状外表面201b处的每个阶梯的高度（沿着垂直于罩顶10的方向的长度）以及各个阶梯的宽度之间的差（沿着平行于罩顶10的方向所测量的各个阶梯的长度之间的差）等于或者小于罩200中的电磁波的波长（λg）。

（第三示例实施例）

图10是示出第三示例实施例的覆盖设置在交通工具中的雷达2的罩300的结构的图。罩300与第一示例实施例的罩1在结构上相同，除了其用（在以下描述的）侧壁301来替代罩1的侧壁11之外。

侧壁301的内表面301a和外表面301b两者以直角与罩顶10相接，并且侧壁301的物理厚度是均一的。侧壁301由相对介电常数朝向微带天线21a和21b所在的一侧增加的介电材料或多种介电材料制成。

根据第三示例实施例的罩300，通过变化侧壁301的相对介电常数而不是变化侧壁301的物理厚度，侧壁301的电厚度朝向微带天线21a和21b所在的一侧增加（即，增加电厚度使得在越接近微带天线21a和21b的点处电厚度越大）。根据该结构，同样地，可以使得从罩300的外部通过穿过侧壁301进入罩300的电磁波的入射方向在当它们通过侧壁301的外表面301b时与当它们从侧壁301的内表面301a进入罩300时不同。因此，与使用第一示例实施例的罩1的情况一样，可以减少雷达方向性的周期性波状失真，因而雷达2可以精确地检测所检测对象的方位等。

尽管使用相位比较单脉冲雷达作为示例实施例中的每个示例实施例的雷达，然而根据本发明的天线罩不限于相位比较单脉冲雷达罩，它们可以是用于各种其他类型的雷达的罩。例如，它们可以是用于数字波束形成（DBF）雷达的罩。

尽管侧壁被构造成在第一和第二示例实施例中通过变化侧壁的物理厚度而在第三示例实施例中通过变化侧壁的相对介电常数使得其电厚度朝向天线所在的一侧增加，然而侧壁可以被构造成通过变化物理厚度和相对介电常数两者使得其电厚度朝向天线所在的一侧增加。

天线罩可以形成为任意形状，只要其具有的罩顶和侧壁每一个具有在之前的示例实施例的描述中所描述的形状即可。例如，其可以形成为长方体的形状或其拐角和/或边缘为圆形的长方体形状。罩顶可以沿着与发射和接收电磁波的方向垂直的方向倾斜。

如在之前的示例实施例的描述中所描述的，侧壁可以具有任意结构，只要其电厚度（沿着平行于罩顶的方向的电长度）朝向天线所在的一侧增加即可，这样的结构可以通过改变物理厚度和相对介电常数中的一个或者两者来实现。此外，电厚度增加的比率可以是恒定的或者是不恒定的。

在改变侧壁的物理厚度的情况下，侧壁可以形成为任意形状，只要物理厚度朝向天线所在的一侧增加即可。也就是说，侧壁可以被成形为使得物理厚度连续地增加或者使得其阶梯状地增加。然而，如果侧壁的内表面（在天线一侧的面）和外表面（在与天线一侧相对的一侧的面）与罩顶的角度小于90度，则很难通过树脂模制如注模来制造罩。因此，考虑到生产的便利性，优选地，侧壁被成形为通过设置内表面与罩顶的角度为直角并且阶梯化或倾斜外表面来使其物理厚度逐渐增加。在侧壁的外表面倾斜的情况下，优选地，侧壁的内表面与外表面的角度被设置为10度或更大。在这种情况下，能够进一步减小天线方向性的周期性波状失真。更优选地，将其设置为15度或更大。此外，如果内表面与外表面的角度过大，则由罩所占用的面积会变大。因此，优选地，内表面与外表面的角度被设置为45度或更小。此外，内表面与外表面的角度不一定是恒定的。也就是说，其可以阶梯状地或者连续地变化。

优选地，罩顶的物理厚度被设置为λg/2的整数倍，其中λg是从天线辐射的电磁波在罩顶中的波长。在这种情况下，可以抑制罩顶处的电磁波反射，利于电磁波的穿透。

根据本发明的天线罩适于作为毫米波雷达罩，但并不限于此。

Claims

1.一种覆盖雷达(2)的天线罩，所述雷达(2)包括用于接收电磁波的两个天线(21a，21b)，所述雷达(2)检测至障碍物的距离，并且所述雷达(2)基于由所述两个天线(21a，21b)接收的电磁波之间的相位差检测所述障碍物的方位，所述天线罩包括：

罩顶(10)，所述罩顶(10)是平的、面向所述两个天线(21a，21b)、并且与所述两个天线(21a，21b)间隔开；以及

侧壁(11；201；301)，所述侧壁(11；201；301)侧向地覆盖所述两个天线(21a，21b)并且与所述罩顶(10)的边缘成给定角度地与所述边缘相接，其中所述侧壁(11；201；301)位于要由所述两个天线(21a，21b)接收的所述电磁波被直接接收的范围之外，并且

所述侧壁(11；201；301)的厚度朝向所述两个天线(21a，21b)所在的一侧增加，所述侧壁(11；201；301)的厚度是通过将所述侧壁(11；201；301)的物理厚度除以所述侧壁(11；201；301)的相对介电常数获得的值；

其中所述侧壁被构造成使得所述侧壁的相对介电常数是均一的；

其中所述侧壁被构造成使得所述侧壁的所述物理厚度朝向所述天线所在的一侧连续地增加，其中所述侧壁的内表面与所述罩顶成直角，而所述侧壁的外表面与所述内表面成大于15度但小于45度的恒定角度；或者所述侧壁的所述物理厚度朝向所述天线所在的一侧阶梯状地增加。

2.根据权利要求1所述的天线罩，其中所述侧壁的内表面与所述罩顶成直角，而所述侧壁的外表面是阶梯状的，所述侧壁的外表面具有垂直于所述内表面的局部表面和与所述内表面成大于0度但小于90度的恒定角度的局部表面，这两种局部表面被交替地布置。

3.根据权利要求1或2所述的天线罩，其中所述罩顶的厚度是从所述天线辐射的电磁波在所述罩顶中的半波长的整数倍。

4.一种雷达，包括：

根据权利要求1至3中任一项所述的天线罩；以及

两个毫米波天线。

5.根据权利要求4所述的雷达，其中所述罩顶的厚度是从所述天线辐射的电磁波在所述罩顶中的半波长的整数倍。