CN105428823A - 应用于车载雷达的收发复用天线结构及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于车载雷达的收发复用天线结构及其实现方法。在车载雷达领域，为提高雷达测量的准确性，希望天线波束角尽可能的小，以集中能量探测更远的距离和减少杂波干扰，同时又希望雷达尺寸尽可能的小，以便安装。本发明提出了一种天线阵元复用的结构和方法，将天线阵元功率分配成多份，而后将每个阵元的功率加权形成一副发射天线和两副接收天线，用于发射信号和接收信号。本发明利用电桥解决收发隔离问题，再用功分器复用减少接收波瓣宽度，从而通过阵元复用的方式缩小了雷达天线面积。本发明设计合理、结构巧妙，很好地满足了车载雷达天线小型化的要求，因此，其适于推广应用。

Description

应用于车载雷达的收发复用天线结构及其实现方法

技术领域

本发明涉及一种车载雷达天线，具体涉及的是一种应用于车载雷达的收发复用天线结构及其实现方法。

背景技术

目前采用最多的车载雷达天线如图1所示。在其技术中，假设有M+2N(M≥1，N≥1)个阵元天线，一列天线为一个阵元，阵元分别为T1、T2……TM、R11、R12……R1N、R21、R22……R2N，其中阵元T1、T2……TM按某种规律加权形成一副T发射天线，阵元间距为d，则其方位波束宽度为：

$\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}=60\frac{\mathrm{\λ}}{Md}$

其中，λ为波长，M为阵元个数，d为阵元之间的间距。

阵元R11、R12……R1N按某种规律加权形成一副R1接收天线，阵元R21、R22……R2N按相同规律加权形成一副R2接收天线，则天线R1、R2的方位波束宽度为：

其中，λ为波长，N为阵元个数，d为阵元之间的间距。

雷达天线的波束角与雷达的孔径相关，而雷达孔径从某种意义上与雷达尺寸等效，即有效尺寸越大，则孔径越大，波束角越窄。对于车载雷达，要求波束角尽可能的窄，以集中能力探测更远的距离，减少杂波干扰。但是由于车载雷达安装位置面积有限，这就要求雷达尺寸尽可能的小。同时，车载雷达的体制决定了雷达天线必须满足同时收发的要求，因此在孔径有限的条件下，收发天线又各自占用一部分孔径，从而导致收发天线的有效孔径变小。

由此可见，现有的车载雷达天线由于不能同时确保较小的天线波束角和雷达天线尺寸，因而并不能很好地满足车载雷达的安装与测量要求。

发明内容

针对上述现有技术的技术不足，本发明提供了一种应用于车载雷达的收发复用天线结构，可以同时满足车载雷达尺寸小和天线波束宽度窄的要求。

为实现上述目的，本发明解决问题的技术方案如下：

应用于车载雷达的收发复用天线结构，其特征在于，包括由N个天线阵元排列组成的天线阵列，以及加权网络和均为M个的电桥、功分器，1<M≤N，其中：

电桥，与N个天线阵元中M个连续的阵元一一对应连接，用于初次分配天线阵元功率，并将分配后的其中一部分功率传至加权网络，将另一部分功率传至功分器；

功分器，用于对接收的功率进行二次分配；

加权网络，用于将电桥传输的功率和剩余的(N-M)个阵元的功率一起进行加权，形成一副发射天线，同时还用于将功分器二次分配后的功率进行加权，形成两副接收天线。

所述电桥为90度电桥或180度电桥。

所述功分器为Wilkinson功分器、直接耦合式定向耦合器、分支线耦合器、Lange耦合器和混合环耦合器中的任意一种或几种。

基于上述结构，本发明还提供了该天线结构的实现方法，包括以下步骤：

(1)将天线阵列中M个连续的天线阵元的功率至少分配成两份；

(2)将M个阵元的其中一部分功率与剩余的(N-M)个阵元的功率进行加权，形成一副发射天线；同时，将M个阵元的另一部分功率至少分配成两份；

(3)将M个阵元分配后的其中一部分功率进行加权，形成一副接收天线；同时，将剩余的另一部分功率也进行加权，形成另一幅接收天线。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明设计合理、结构巧妙，其在将天线阵元信号通过电桥和功分后进行加权复用的方式，重新组合成了3副天线，包括1副发射天线和2副接收天线。利用电桥解决收发隔离问题，再用功分器复用减少接收波瓣宽度，如此一来，通过这种复用了阵元的方式，一方面，本发明可以增加发射及接收天线的有效孔径，减小了波瓣角；另一方面，其还可以将整个天线面的有效孔径缩到最小，从而使雷达尺寸尽可能的小，解决了天线波束角和雷达尺寸的矛盾。因此，本发明在有效确保了天线波束宽度较小的同时，还尽量减小了雷达的体积，方便安装和使用，因而不仅很好地满足了车载雷达安装和测试的要求，而且在优化车载雷达性能的同时，还降低了生产的成本。

附图说明

图1为现有车载雷达接收天线的示意图。

图2为本发明所述的车载雷达接收天线的示意图。

图3为本发明所述的一种车载雷达接收天线的实施示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。

如图2所示，本发明提供了一种车载雷达收发复用天线，其包括天线阵列、电桥、功分器和加权网络，其中：

所述的天线阵列由N个天线阵元排列组成，N大于1，并且相邻的天线阵元之间的间距为d。

所述的电桥为M个，1<M≤N，与N个天线阵元中M个连续的阵元一一对应连接，用于将天线阵元的功率按照等分或不等分的规律分配成两份，并且保证两个端口之间的隔离度；本实施例中，所述的电桥为90度电桥或180度电桥。

所述的功分器与电桥数量相同，并且一一对应连接，其用于将电桥分配后的天线阵元功率再次至少分配成两份；本实施例中，功分器为Wilkinson功分器、直接耦合式定向耦合器、分支线耦合器、Lange耦合器或混合环耦合器。

所述的加权网络用于M个阵元的其中一部分功率和剩余的(N-M)个阵元的功率一起进行加权，形成一副发射天线，同时还用于将功分器二次分配后的功率进行加权，形成两副接收天线。

下面以一个实例对本发明的结构设计及实现方式进行说明。

如图3所示，以7阵元天线为例说明，一列天线为一个阵元，阵元间距为半波长，最终合成1个新的发射天线和2个新的接收天线，每一列阵元由连接的电桥将天线阵元接收到的信号分成两份，分别为A11、A12、A21、A22、A31、A32、A41、A42、A51、A52、A61、A62、A71、A72。

将A11、A21、A31、A41、A51、A61、A71按比例加权移相，形成发射天线T。同时，将A12、A22、A32、A42、A52、A62、A72七路信号再由功分器分成两份A121、A122、A221、A222、A321、A322、A421、A422、A521、A522、A621、A622、A721、A722。

然后，利用加权网络，将A121、A221、A321、A421、A521、A621、A721按比例加权相移，形成接收天线R1，同时，将A122、A222、A322、A422、A522、A622、A722按相似的规律加权，形成接收天线R2。

这样就构成了一副新的发射天线T和两副新的接收天线R1、R2，其中，发射天线T由A1～A7列天线阵元组成，接收天线R1由A1～A6列天线阵元组成(阵元A7的权重为零)，接收天线R2由第A2～A7列天线阵元组成(阵元A1的权重为零)。发射天线孔径为3.5个波长，因此其波束宽度为17°，接收天线R1(R2)孔径为3个波长，因此其波束宽度大约20°。整个天线面的长度仅为3.5波长。

本发明在天线设计方面，虽然结构简单，且实现方式也不复杂，但是并不容易想到，其细节上的考虑和设计，紧密性非常强，而由细节构成的整体也大幅优化了车载雷达天线的性能，使得车载雷达天线具备了良好的收发复用功能，从而为满足车载雷达的测量和安装要求提供了良好的铺垫。因此，本发明与现有技术相比，技术进步十分明显，其具有突出的实质性特点和显著的进步。

上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.应用于车载雷达的收发复用天线结构，其特征在于，包括由N个天线阵元排列组成的天线阵列，以及加权网络和均为M个的电桥、功分器，1<M≤N，其中：

电桥，与N个天线阵元中M个连续的阵元一一对应连接，用于初次分配天线阵元功率，并将分配后的其中一部分功率传至加权网络，将另一部分功率传至功分器；

功分器，用于对接收的功率进行二次分配；

加权网络，用于将电桥传输的功率和剩余的（N-M）个阵元的功率一起进行加权，形成一副发射天线，同时还用于将功分器二次分配后的功率进行加权，形成两副接收天线。

2.根据权利要求1所述的应用于车载雷达的收发复用天线结构，其特征在于，所述电桥为90度电桥或180度电桥。

3.根据权利要求1或2所述的应用于车载雷达的收发复用天线结构，其特征在于，所述功分器为Wilkinson功分器、直接耦合式定向耦合器、分支线耦合器、Lange耦合器和混合环耦合器中的任意一种或几种。

4.权利要求1～3任一项所述的天线结构的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将天线阵列中M个连续的天线阵元的功率至少分配成两份；

（2）将M个阵元的其中一部分功率与剩余的（N-M）个阵元的功率进行加权，形成一副发射天线；同时，将M个阵元的另一部分功率至少分配成两份；

（3）将M个阵元分配后的其中一部分功率进行加权，形成一副接收天线；同时，将剩余的另一部分功率也进行加权，形成另一幅接收天线。