CN104466425B - 具有抗反射元件的雷达传感器天线 - Google Patents

具有抗反射元件的雷达传感器天线 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种具有抗反射元件的雷达传感器天线。一种雷达传感器的天线(10)，包括发射器元件(18)、接收器元件(32)、以及抗反射元件(34)。该发射器元件(18)被配置成引导发射信号(20)沿着与面板(12)相交的瞄准线(22)。该接收器元件(32)被配置成检测由位于超出面板(12)外的物体所反射的反射信号(26)。该抗反射元件(34)被配置成减少天线(10)对于面板(12)反射的早期反射部分(30)的反射。

Description

具有抗反射元件的雷达传感器天线
发明技术领域
本公开提供了一种具有抗反射元件的雷达传感器天线。本公开大致涉及一种雷达传感器的天线，并且更特定地，涉及用抗反射元件装备天线以减少天线对于由面板或近似物体导致的早期反射的反射。
发明背景
已知的是将雷达传感器放置于车辆保险杠面板后方用以检测接近该车辆(即，在该车辆前方或后方)的物体。如本文所用，面板是放置于现代保险杠装配的冲击吸收部分之上的装饰性覆盖物。该面板通常用于使车辆更具吸引力。这样的面板一般是由高分子聚合物制成，以使得雷达传感器输出的发射信号可通过该面板向接近于车辆的物体进行传输，且由该物体所反射的反射信号可返回通过面板进行传输，以被雷达传感器所检测。通常选择该面板的配置(例如，材料(多种)，厚度，方向)以使得与传输穿过面板的电磁信号之间的干扰减至最小。然而，由于各种理由，发射信号由面板进行一定反射，可能是无法避免的。这种形式的信号反射有时表征为面板对于由雷达传感器输出的发射信号的早期反射。这种早期反射可在天线和面板间来回反射，并且可能干扰对于由位于面板另一侧的物体所反射的反射信号进行的检测。已经提出将电磁能量吸收材料放置或应用在靠近天线、不干扰传送或接收电磁信号、但却有助于吸收这种早期反射的位置处。然而，此类吸收材料的添加也给雷达传感器增加了不期望的成本。
发明内容
根据一个实施例，提供一种雷达传感器的天线。该天线被配置成发出发射信号。邻近该天线的面板将发射信号的早期反射反射向该天线。该天线包括发射器元件、接收器元件、以及抗反射元件。发射器元件被配置成引导发射信号沿着与面板相交的瞄准线。接收器元件被配置成检测由位于面板之外的物体反射的反射信号。抗反射元件被配置成减少天线对于早期反射部分的反射。
进一步的特点和优点将更为清晰地出现在以下首选实施例详细说明的阅读中，该首选实施例仅仅是通过非限制性示例并参考随附附图的方式给出的。
附图简要说明
本发明将通过参考随附的附图，以示例的方式予以说明，其中：
图1是根据一个实施例的雷达系统天线的前视图；
图2是图1所示的根据一个实施例的天线以及反射由天线所发射的信号的面板的侧视图；
图3是根据一个实施例的可选雷达系统天线的前视图；
图4是图1或图3的根据一个实施例的天线上的抗反射元件的前视图；
图5是图1或图3的根据一个实施例的天线上的抗反射元件的前视图；以及
图6是图1或图3的根据一个实施例的天线上的抗反射元件的前视图。
详细说明
图1示出雷达传感器的天线10的非限制性示例，雷达传感器是例如，车辆(未示出)上物体检测系统的一部分。这样的系统可被用于向车辆操作者警告或报警在车辆行驶路径上的物体(例如，行人，停止的车辆，碎屑等)，或者帮助巡航控制系统来保持在同一车道上行驶的领先车辆之间的安全距离，或者帮助自动停车系统用于将车辆移动至停车位。在下文说明的非限制性示例中，天线10是车辆保险杠组件的一部分，并且位于面板12(图2)(例如前保险杠面板)之后。
一般而言，天线10包括，或者构建在基板14之上。基板14可以是适合支持导电材料不同形状或模式的任何材料，该导电材料构成天线10的不同电磁元件。在这个非限制性的示例中，基板14包括交叠在第二基板14B上的第一基板14A，此举的优点将在接下来的说明中变得显而易见。第一基板14A的合适材料包括玻璃增强碳氢化合物/陶瓷、具有陶瓷填充物的聚四氟乙烯(PTFE)、以及玻璃增强的PTFE，以便提供更能修改用于雷达传感器的天线的电磁能量损耗特性。通过示例而非限制的方式，该基板可由美国亚利桑那州钱德勒市罗杰斯公司(Rogers Corporation of Chandler)的RO4350B，RO3003，或者RT5880制成；或者来自由位于美国纽约彼兹堡泰康利先进电介质部门(Taconic Advanced DielectricsDivision(ADD))的TLY5基板材料制成。下文中更详细描述的天线10的不同元件可使用熟知的光刻技术由铜箔16制成，该光刻技术被用于制造印刷电路板。
由于优选的第一基板14A可相对薄，例如小于1毫米(1mm)，天线10可包括第二基板14B来为第一基板提供结构性支持。通过示例的方式，第二基板可例如由熟知的通常用于制造印刷电路板的FR-4玻璃增强的环氧树脂压板片制成。应当认识到的是FR-4可不具有本文所述抗反射元件34的某些配置的优选特性。由所建议的材料制成第一基板14A以及第二基板14B是有利的，因为可使用已知的光刻技术来形成铜箔16的各种，被用于形成天线10的各种特征。
继续参考图1及图2，天线10元件的其中之一可以是发射器元件18，其被配置成引导发射信号20沿着与面板12相交的瞄准线22。为了使雷达传感器尽可能的有效，面板12通常被配置为使得发射信号中的大部分能量穿过面板12以形成雷达信号24，该雷达信号24“照亮”接近于车辆的物体(未示出)。这些物体可反射雷达信号24来生成反射信号26，该反射信号26可被雷达传感器的接收器元件32所检测。尽管对于发射器元件18以及接收器元件32示出不同元件，但应当认识到可使用一个通用元件通过多路复用信号发射以及检测操作来同时用于发出发射信号20以及检测反射信号26。示出2种不同元件仅为了考虑哪种抗反射元件适合被放置于发射器元件18以及接收器元件32之间。
由于通常的情况是面板12对发射信号20来说并非完全透明，所以面板12通常将发射信号20的早期反射部分30反射向天线10。接收器元件32通常被配置成检测由位于面板12之外(例如，位于面板12的另一侧)的物体所反射的反射信号26。然而，早期反射部分30可在接收器元件32处与反射信号26相结合，并且藉此对于雷达传感器对物体的检测增加了噪声或干扰雷达传感器对物体的检测。如果早期反射部分30仅包括被面板12直接反射的能量，，即仅从发射器元件18行进至面板12并返回至接收器元件32的能量，则补偿由接收器元件32检测的信号可以是一件相对简单的任务。然而，已注意到的是，一些能量被天线10反射，并因此在接收器元件处与反射信号26相结合之前，可多次在天线10与面板12之间来回反射。因此，由于早期反射部分30被天线10再次反射而引起的由接收器元件检测的信号内容是不确定的。应该明显的是，为避免由此类多次反射或回波引起的信号干扰所做出的必要补偿将是难以预测的。
为了以可进一步使对于反射信号26的检测复杂化的方式来减少由天线10反射回射向面板的能量数，天线10包括抗反射元件34，其被配置成减少由天线10对于早期反射部分30的反射。抗反射元件34图示为铜箔16形状的不同排列一样，都是非限制性的示例。如在下文中将给出更详细的描述，该抗反射元件34可由(但并非受限于)一个或多个方形片、圆形片、直线(偶极)、交叉线(交叉偶极)、方形环、以及圆形的排列形成。此外，不同片可包括诸如加载元件(俗称短截线)之类的其他细节特点，以进一步调节用于提供抗反射元件34的不同形状片的电磁响应特性。
在接下来的说明中，描述了抗反射元件34的三个一般类别。应当认识到的是，本文所述的不同形式的抗反射元件34通常受限于使用与被用于构成发射器元件18以接收器元件32相同的材料与工艺能够形成什么。因此，以与本文所述抗反射元件34类似的方式起作用、却通过与被用于形成发射器18以及接收器32不同的工艺或由与被用于形成发射器18以及接收器32不同的材料形成的任何抗反射材料或设备被特别排除在本文阐述的抗反射元件34的定义之外。一个所被排除的示例是来自美国加利福尼亚州利弗莫尔市西部橡胶供应公司(Western Rubber&Supply,Inc.)的网状泡沫吸收器(Reticulated Foam Absorber)。
图3示出天线10的另一个非限制性示例。该示例中，第一基板14A上的抗反射元件34没有像图1所示那样围绕发射器元件18以及接收器元件32。这样的配置可有利地降低成本，因为第一基板14A的不同所建议的材料通常比建议用于第二基板14B的FR-4材料更昂贵。可选地，天线10可被配置成仅具有一层基板层，例如，仅具有第一基板14A。第一基板14A则可被配置成设置发射器元件18以及接收器元件32，以及在发射器元件18与接收器元件32之间的或围绕发射器元件18与接收器元件32的任何合适版本的抗反射元件34。在某些示例中，这样的配置可比两层版本的基板14更便宜，即使单层所使用的材料每单位面积比FR-4更昂贵。
图4示出抗反射元件34的非限制性示例，该抗反射元件34包括由铜箔(优选地与用于构成发射器18以及接收器32的材料相同)形成的不同大小的反射片36的排列。所示抗反射元件34是被配置成使得早期反射部分30反射性地重定向为远离瞄准线22的重定向阵列38。在该示例中，分级(progression)尺寸的反射片协作地在远离瞄准线22的向上方向来反射性地重定向早期反射部分30。通过示例而非限制的方式，对于77GHz的雷达信号来说，重定向阵列38可位于第一基板14A的截面，该第一基板14A由330微米(330um)厚的TLY5形成。在该示例中，反射片36以中心间距2毫米被隔开，方形片的尺寸分级为1.66mm，1.07mm，0.97mm，以及0.46mm。这样的重定向阵列将重定向反射能量，该反射能量以与瞄准线22平行(例如，垂直于第一基板14A平面)、偏离瞄准线22为30度(30°)角度的方向撞击在重定向阵列上。应当认识到反射片36可具有除方形以外的形状，并且可使用除本文中所建议的那些尺寸之外的反射片尺寸分级来形成重定向阵列38。尽管并不同意任何特别的理论，但反射片的尺寸仍被认为是用于确定由反射片所反射的电磁能量的相位。分级变化导致来自每片反射片的反射能量相消地结合，以减少沿瞄准线22反射的能量，并且相消地组合为远离瞄准线22的方向。
图5示出抗反射元件34的非限制性示例，该抗反射元件34包括一个或多个谐振片40的排列，用以形成被配置成吸收早期反射部分30的吸收阵列42。该吸收阵列42优选地地被安排在由1毫米至2毫米(1mm-2mm)厚的FR-4形成的基板上(例如，第二基板14B)。提出该使用FR-4的非限制性示例是因为FR-4通常被认为是对雷达信号来说相对有损耗材料，从而有助于谐振片40吸收早期反射部分30。可优选的是包括任选的0.1mm厚的第一层。包括这样的层可有利于允许在毫米波长频率，例如，77GHz处进行的信号吸收。谐振片40用于将能量消散至基板。在具有0.1mm第一层的1.5mm厚基板上的77GHz吸收阵列的合适尺寸为以2mm的中心间距的0.91mm方形片。应当认识到，谐振片40可具有除方形之外的形状，也可使用除本文中所建议的那些尺寸之外的尺寸来形成吸收阵列42。
图6示出抗反射元件34的非限制性示例，该抗反射元件34包括由铜箔(优选地，与用于形成发射器元件18以及接收器元件32的材料相同)的一个或多个反射片44的排列。抗反射元件34图示为配置成沿瞄准线22反射早期反射部分30的零阵列(nulling array)46，与反射片44组合使得反射信号相消地组合并藉此将沿瞄准线22被反射的早期反射部分30的量最小化。一般而言，抗反射元件34包括被配置成以第一相位反射早期反射部分30的第一部分、且以不同于第一相位的第二相位反射早期反射部分33的第二部分。在该非限制性实例中，零阵列46具有反射片44的两个尺寸:1.14mm交叉偶极子以及1.73mm交叉偶极子，它们以2.74mm的中心间距隔开。这两个示例尺寸导致第二相位与第一相位相反，即，180°相位差。因此，零阵列包括配置成以第一相位(例如，0°相移)反射第一部分的第一片44A，以及配置成以第二相位(例如，相对于早期反射部分30相位的180°相移)反射第二部分的第二片44B。应当认识到的是，反射片44可具有除交叉偶极子之外的形状，例如，单个(非交叉)偶极。
因此，提供了雷达传感器天线10。天线10包括本文所述抗几种类型中的一个或多个的反射元件34。通过在该天线上包括抗反射元件34，减少了通过早期反射部分30在天线10与面板12之间来回反弹所导致的信号劣化的潜在可能，而并不需要添加诸如能量吸收泡沫或类似物之类的附加组件或材料。
虽然本发明在其优选实施例方面给出了说明，但其并不旨在受限于随后的权利要求中阐述的程度。

Claims (11)

1.一种雷达反射器的天线(10)，其被配置成发出发射信号(20)，其中面板(12)将发射信号(20)的早期反射部分(30)反射向所述天线(10)，所述天线(10)包括：
发射器元件(18)，其被配置沿与所述面板(12)相交的瞄准线(22)来引导所述发射信号(20)；
接收器元件(32)，其被配置成检测由位于超出面板(12)之外的物体所反射的反射信号(26)；以及
抗反射元件(34)，其被配置成减少由所述天线(10)对于早期反射部分(30)的反射，并且
所述抗反射元件(34)包括以下中的至少一项：
重定向阵列(38)，其被配置成将所述早期反射部分(30)反射性地重定向为远离瞄准线(22)；
零阵列(46)，其被配置成以第一相位反射所述早期反射部分(30)的第一部分，并且以与所述第一相位不同的第二相位反射所述早期反射部分(30)的第二部分。
2.如要求1所述的天线(10)，其特征在于，所述重定向阵列(38)包括多个反射片(36)，所述反射片协作以使得所述早期反射部分(30)反射远离所述瞄准线(22)。
3.如要求1所述的天线(10)，其特征在于，所述抗反射元件(34)进一步包括一个或多个谐振片(40)用以形成吸收阵列(42)，所述吸收阵列(42)被配置成吸收所述早期反射部分(30)。
4.如权利要求3所述的天线(10)，其特征在于，所述一个或多个谐振片(40)被配置成将能量消散至所述天线(10)的基板(14)。
5.如权利要求1所述的天线(10)，其特征在于，所述第二相位与所述第一相位相反。
6.如权利要求1所述的天线(10)，其特征在于，所述零阵列(46)包括配置成以所述第一相位反射所述第一部分的第一片(44A)，以及配置成以所述第二相位反射所述第二部分的第二片(44B)。
7.如权利要求6所述的天线(10)，其特征在于，所述第一片(44A)以及所述第二片(44B)配置成沿瞄准线(22)来反射所述早期反射部分(30)。
8.如权利要求6所述的天线(10)，其特征在于，所述第一片(44A)包括一个或多个开路短截线。
9.如权利要求6所述的天线(10)，其特征在于，所述第一片(44A)是配置成以所述第一相位反射所述第一部分的偶极子。
10.如权利要求6所述的天线(10)，其特征在于，所述第一片(44A)是配置成以所述第一相位反射所述第一部分的交叉偶极子。
11.如权利要求1所述的天线(10)，其特征在于，所述第一相位对应于相对所述早期反射部分(30)的零度(0°)相移，并且所述第二相位对应于相对所述早期反射部分(30)的180度(180°)相移。
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