CN103119467A - 用于雷达传感器的天线系统 - Google Patents

Abstract

用于例如在机动车（自动距离调节系统ACC）中的雷达传感器的天线系统，所述天线系统具有至少一个平面组合天线（10），其包括一个馈电线路（14）和多个集成到所述馈电线路中的天线元件（16，18）。所述组合天线（10）具有至少两个彼此平行地延伸的天线列（20，22），所述天线列在一个端部上通过迂回线路（24）彼此连接。如此确定天线列的长度，使得天线列整体上是彼此同相的。在第一天线列的端部上还残留的功率不需要被反射，而是通过第二天线列的天线元件发射。如此选择相位分配和振幅分配，使得方向特性得到改善。

Description

用于雷达传感器的天线系统

技术领域

本发明涉及一种用于雷达传感器的天线系统，其具有至少一个平面组合天线，所述至少一个平面组合天线包括一个馈电线路和多个集成到馈电线路中的天线元件。

背景技术

本发明尤其涉及用于雷达传感器的天线系统，所述雷达传感器在机动车中与驾驶员辅助系统一起使用，例如用于在自动距离调节系统（ACC：Adaptive Cruise Control：自适应巡航控制）中对在前行驶的车辆进行定位。所述雷达传感器通常以24GHz或者77GHz的频率工作。

微带技术中的平面天线在这些应用中的优点是：其可相对成本有利地制造并且能够实现扁平的结构类型，并且不需要不同线路系统或者线路类型之间的过渡。能够如同其他电路组件那样简单地通过相应的微带导体在印刷电路板上构成所述天线元件。

在组合天线——也称作天线阵列中，将待辐射的功率如此馈入不同的天线元件中，使得通过由不同的天线元件发射的射束的叠加和干涉产生所期望的方向特性。对此，必须合适地协调引入各个天线元件中的微波的功率和相位。通常期望具有窄的主瓣和在很大程度上被抑制的旁瓣的方向特性。然而，因为仅仅有限的空间可用于雷达传感器并且因此也用于天线，所以大多不能实现旁瓣的完全抑制。

基于微带导体在印刷电路板上的构造和布置方面的限制，大多也没有实现将整体上通过馈电线路输送的功率完全分配到天线元件上并且通过天线元件发射。多余的功率大多残留在馈电线路上并且必须在所述馈电线路的端部上或者被发射或者被消除。然而，不期望的功率的辐射又导致更明显的旁瓣。借助专门的吸收器消除多余的功率的缺点是，吸收器造成额外的成本并且需要额外的空间。此外，所述解决方案的缺点是，出现整体上更高的功率损失。

在用于机动车的常规的雷达传感器中，天线系统大多具有多个天线列，如果雷达传感器安装在机动车中，则所述多个天线列垂直地延伸。所述多个天线列彼此并排地设置在水平线上。然后，不同的天线列之间的位相关系和功率划分确定方位方面的方向特性，并且一列中的不同天线元件（Patches：贴片）之间的位相关系和功率划分确定俯仰方面的方向特性。

一般区分具有单独的馈电网络的、其中每一个单个天线元件通过分支线路与馈电线路连接的天线列和其中各个天线元件集成到馈电线路中的天线列。这样的天线列也称作串列（Serienspalten）。本发明专门涉及后面提到类型的天线系统。所述类型尤其在77GHz的雷达（其中微波具有较小的波长）中具有以下优点：能够实现天线元件在印刷电路板上的紧凑布置。各个天线元件之间的位相关系然后通过馈电线路的以下区段的长度确定：所述区段分别彼此连接两个相邻的天线元件。所期望的功率划分可以通过合适选择贴片的尺寸来实现，所述贴片构成各个天线元件。如果各个天线元件之间的距离相应于馈电线路上微波的波长，则所有的天线元件是同相的，并且主瓣垂直于印刷电路板定向。如果所述距离大于或小于一个完整的波长，则主瓣与印刷电路板构成小于90°的角。这例如能够用于使主瓣倾斜向下对准行车道，从而天线在一定程度上“斜视”行车道。然而，其前提是，在馈电线路的末端没有反射微波功率的值得一提的分量，因为否则反射波会导致（不希望）的雷达波束的形成，所述雷达波束在相反的方向上“斜视”。

发明内容

本发明的任务是，提供一种用于雷达传感器的天线系统，其损失少地工作并且能够实现旁瓣的有效抑制。

根据本发明，以如下方式解决所述任务：组合天线具有至少两个彼此平行地延伸的天线列，所述天线列在一个端部上通过迂回线路彼此连接，所述天线列的长度如此确定，使得天线列整体上是彼此同相的。

在与迂回线路相对置的端部上微波功率馈入所述多个天线列之一。这个天线列接下来称作初级天线列。在初级天线列的端部上还残留的功率现在不需要被反射并且也不需要借助吸收器吸收，而是通过迂回线路引入一个或多个次级天线列中并且然后通过这个天线列的天线元件——更确切地说，以不干扰而是甚至还改善方向特性的相位分配和振幅分配发射。通过这种方式能够在最小能量损耗的情况下实现旁瓣的有效抑制。因为组合天线的多个天线列是彼此同相的，所以在垂直于组合天线的方向上——在典型的安装情况下即在方位方面产生具有垂直地位于印刷电路板上的主瓣的特性。彼此并排设置的组合天线的数量越大（所述组合天线各具有两个或更多个天线列），则雷达射束在方位方面更好地成束。

本发明的有利构型和扩展方案在从属权利要求中说明。

因为在馈电线路的端部（也就是说在一个次级天线列或多个次级天线列的端部上）实际上不再反射功率，所以能够如此选择天线元件之间的距离，使得天线斜视行车道。如果初级天线列中的距离小于天线元件被同相激励时的距离，则在一个次级天线列或多个次级天线列中距离必须相应地大于所述距离，因为微波在此具有相反的运行方向。然后，两个天线列中的各个天线元件虽然不是精确地同相激励，但是在天线列的所有天线元件上平均的相位对于两个天线列一如既往是相同的。

还可能的是，馈电线路在初级天线列的端部上通过分叉的迂回线路分成两个次级天线列，所述两个次级天线列然后优选相对于初级天线列对称。

同样可能的是，还有一个或两个第三级的天线列连接到所述一个次级天线列上或每一个次级天线列上，从而天线列整体上构成曲折形的配置。

附图说明

接下来根据附图详细解释实施例。

图1示出根据本发明的实施方式的天线系统的组合天线；

图2示出根据图1的组合天线的示意性侧视图，连同用于说明在俯仰方面的方向特性的示意图；以及

图3至图5示出根据本发明的替代实施方式的天线系统。

具体实施方式

图1示出平面天线系统的各个组合天线10，所述平面天线系统以微带技术构造在衬底12上（图2）。组合天线10具有一个馈电线路14并且构成两个在安装位置上垂直延伸的天线列20、22，在所述馈电线路14中集成了多个构造为贴片的天线元件16、18，所述天线列20、22在一个端部上——在示例中在上端部上——通过迂回线路24彼此连接。

未示出的、同样可以设置在印刷电路板12上的振荡器产生微波信号，所述微波信号被引入天线列20的下端部中并且在箭头A的方向上在馈电线路14中传播。天线列20（具有天线元件16）因此称作初级天线列，而天线列22（具有天线元件18）称作次级天线列。

天线元件16、18在平行于馈电线路14的方向上的长度与微波的波长如此协调，使得天线元件被激励至谐振并且发射微波作为雷达射束。通过由不同的天线元件16发射的雷达波之间的干涉造成如图2所示那样具有主瓣26和在很大程度上被抑制的旁瓣28的方向特性（在俯仰方面）的构成。

如此选择初级天线列20中的彼此相继的天线元件16之间的距离d1，使得所述距离d1稍微小于各个天线元件16中的谐振同相时的距离。其结果是，主瓣26不是垂直地位于印刷电路板12上，而是相对于所述印刷电路板12倾斜，在用于机动车的雷达传感器中例如向下朝着行车道表面倾斜。与此相反，在次级天线列22中，如此选择相邻的天线元件18之间的距离d2，使得所述距离d2大于相应于同相激励的距离。然而，因为在天线列22中微波信号在相反的方向上（从上向下）运行，所以天线元件18具有与天线元件16相同的相位差。因此，由在次级天线列22中的天线元件18发射的射束也为向下倾斜的主瓣26做出贡献。

次级天线列22的下端部在所示示例中被构造为开放的端部，从而到达这里的微波又会被反射。然而，因为已经经过初级天线列20的微波功率的绝大部分通过次级天线列22的天线元件18发射，所以在馈电线路的端部上几乎不出现干扰性的反射。

天线元件16、18在横向于馈电线路14的方向上的尺寸确定微波功率的由相关的天线元件发射的分量。如此选择所述尺寸，使得良好地抑制旁瓣28。

如此选择迂回线路24的长度，使得由两个天线列20、22发射的雷达波整体上是同相的。也就是说，初级天线列20的在所有天线元件16上平均的相位等于次级天线列22的在所有天线元件18上平均的相位。这尤其意味着，分别位于相关的天线列的中心并且用于发射大多数功率的天线元件实际上被同相激励。因此，在方位方面——即在水平方向上，通过由两个天线列发射的射束分量的干涉产生具有一个垂直地位于印刷电路板13上的主瓣的方向特性。

实际上，多个平行的组合天线10可以彼此并排设置在印刷电路板12上。在所有组合天线的同相的控制中，能够实现雷达射束在方位方面的成束。在此还可以通过功率合适地划分到不同的组合天线10上来实现旁瓣在很大程度上的抑制。雷达射束在方位方面成束的程度取决于组合天线10的数量并且被如此选择，使得雷达射束在方位方面扫过一个足够大的角度范围。当然，通过各个组合天线10的相位分配的改变也能够在方位方面实现主瓣偏转到一侧或另一侧。

图3示出根据修改的实施例的天线系统的组合天线10'。所述组合天线具有两个次级天线列22a、22b，其对称地位于初级天线列20的两侧。馈电线路14在初级天线列20的端部上通到分叉的迂回线路24'中，从而使剩余的微波功率均匀地分布在两个次级天线列22a、22b上。通过这种方式还可以发射微波功率的较大部分，并且可以相应地减小在天线列22a和22b的端部上的反射。同时改善在俯仰方面旁瓣28的抑制以及在方位方面的方向特性。次级天线列22a和22b中的天线元件18之间的距离在此与根据图1的实施例中相等，从而在此也获得根据图2的向下朝着行车道倾斜的主瓣26。

与此相反，图4示出根据另一个实施例的组合天线10"，其中次级天线列22a、22b中的天线元件18之间的距离与初级天线列20中的天线元件16之间的距离一致并且被如此选择，使得所有天线元件被同相激励。因此，在这种情况下，主瓣也在俯仰方面垂直于印刷电路板12定向。在本实施方式中，同样如在根据图1和3的实施方式中那样有效抑制旁瓣。

图5示出天线系统10"'，其中分别如在图1中那样构造的两个组合天线10彼此对称地设置并且通过分支14"连接到共同的馈电线路14'上。借助本实施方式，能够在同时在最大程度上抑制旁瓣的情况下实现雷达射束在方位方面的成束。

Claims (7)

1.一种用于雷达传感器的天线系统，所述天线系统具有至少一个平面组合天线（10；10'；10"），所述至少一个平面组合天线包括一个馈电线路（14）和多个集成到所述馈电线路中的天线元件（16，18），其特征在于，所述组合天线（10；10'；10"）具有至少两个彼此平行地延伸的天线列（20，22；22a，22b），所述天线列在一个端部上通过迂回线路（24；24'）彼此连接，并且所述天线列的长度如此确定，使得所述天线列整体上是彼此同相的。

2.根据权利要求1的天线系统，所述天线系统具有一个初级天线列（20），所述初级天线列通过分叉的迂回线路（24'）与两个次级天线列（22a，22b）连接。

3.根据权利要求2的天线系统，其中，所述次级天线列（22a，22b）对称地位于所述初级天线列（20）的两侧。

4.一种天线系统，其中，分别根据以上权利要求中任一项构造的两个组合天线（10）通过分支（14"）并行地并且对称地连接在一起。

5.根据以上权利要求中任一项所述的天线系统，其中，一个天线列（20）中的相邻的天线元件（16）之间的距离（d1）与在至少一个另外的天线列（22；22a，22b）中的相邻的天线元件（18）之间的距离（d2）不同。

6.根据权利要求5所述的天线系统，其中，不同的天线列（20，22；22a，22b）中的相邻的天线元件（16，18）之间的距离（d1，d2）根据微波信号在相关的天线列中的运行方向如此选择，使得所述组合天线的多个天线列（20，22；22a，22b）具有非对称的、但基本上彼此相同的方向特性。

7.一种用于机动车的雷达传感器，所述雷达传感器具有根据上述权利要求中任一项所述的天线系统，其中，耦合到所述组合天线（10；10'；10"）中的微波功率与总共在所述组合天线中存在的天线元件（16，18）的数量和尺寸如此协调，使得所述微波功率最多除可忽视的残余以外完全通过所述天线元件（16，18）发射。

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