CN107453043A - 一种汽车侧后方雷达天线阵列以及天线面阵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽车侧后方雷达天线阵列，包括多个第一天线单元以及馈电结构；多个第一天线单元组成一字阵列，并通过微带相连；馈电结构设置在多个天线单元的对称中心；每个天线单元的前端开有第一凹槽，后端开有第二凹槽。多个直列式天线阵列分别构成具有发射天线部以及接收天线部的天线面阵。本发明所起到的有益技术效果如下：1）采用的行波串馈微带线阵，使工作带宽更宽，结构紧凑，易集成到传感器。2）对发射方向图探测能力按照近似超余割平方的分布实现优化，在需要探测远的方位高增益，在不需要远距离探测的方位降低增益，较好的满足了雷达系统对探测威力的需求。3）通过长短基线的3根天线的接收天线方案，能够保证足够的测角精度。

Description

一种汽车侧后方雷达天线阵列以及天线面阵

技术领域

本发明涉及天线技术领域，特别涉及一种汽车侧后方雷达天线阵列以及天线面阵。

背景技术

汽车侧后方的防撞功能，是对侧后方区域进行障碍物探测，提前预警以帮助驾驶员采取紧急措施。

侧后方防撞功能主要包括了盲点检测，变道辅助、RCTA等功能。微带天线以其低成本、低剖面的特点，尤其适用于汽车载微波雷达。为了节约尺寸和减少损耗，通常会采用串馈形式组成阵列，但常用的的串馈天线，是谐振天线，会存在带宽较窄的缺点。如采用RO4350板材，厚度0.254mm，介电常数3.66，此时单根多单元天线只能做到300M左右带宽。对于工作频段为24G~24.25G的传感器，工作带宽接近天线带宽，这对于大规模生产势必会带来品控的挑战。

对于汽车用防撞雷达，测角、测距和测速构成了其功能的三个要素，其中测角可以采用比幅、比相或者谱分析的方法。比相测角因其简单，是常采用的测角技术。基线越大测角精度越高，但间距大于0.5λ会出现测角模糊。

1、串馈谐振天线虽然结构紧凑，但是也存在带宽窄的缺点。并馈虽然能做到更宽带宽，但也存在，馈线损耗大，尺寸相对大的缺点。

2、如果侧后方车用防撞雷达系统的威力覆盖不够理想，会造成除了有用信号之外，还有一些不必要的杂波信号进入系统，增加后端信号处理的难度。

3、对于车用防撞雷达系统的目标探测，除了速度、距离之外，目标方位也是一个关键的指标，如果采用单基线测角方案，只能采用小间距方式，这种方式存在对系统硬件指标要求高及精度相对低的缺点。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供了汽车侧后方雷达天线单元、天线阵列以及天线面阵。

一种汽车侧后方雷达天线阵列，包括多个第一天线单元以及馈电结构；多个所述第一天线单元组成一字阵列，并通过微带相连；所述馈电结构设置在所述多个天线单元的对称中心；每个所述天线单元包括靠近所述馈电结构的前端以及远离所述馈电结构的后端，所述前端开有第一凹槽；所述天线单元的后端开有第二凹槽。

进一步的，所述第一天线单元设置在电路板的第一表面，所述馈电结构设置在与所述第一表面相对的第二表面并通过多个导电过孔连接所述微带。

进一步的，多个所述导电过孔构成准同轴机构。

进一步的，还包括两个第二天线单元，分别设置在多个所述第一天线单元所组成阵列的两端部并与所述微带相连，所述第二天线单元的前端设有第一凹槽。

进一步的，所述微带的中段设有弯曲部。

另外，本发明还提供一种汽车侧后方雷达天线面阵，包括多个设置在所述电路板第一表面的直列式天线阵列以及设置在所述电路板第二表面的馈电网络；

多个所述直列式天线阵列分别构成发射天线部以及接收天线部；所述发射天线部包括平行设置的5个所述直列式天线阵列；每个所述直列式天线阵列之间的间距为波长的一半。

进一步的，所述馈电网络包括主干线以及连接在每个所述直列式天线阵列之间的支干线；所述主干线以及每个所述支干线上设有阻抗匹配部。

进一步的，所述支干线包括第一支干线以及第二支干线，5个所述直列式天线阵列中的第一直列式天线阵列、第二直列式天线阵列以及第三直列式天线阵列依次接入所述第一支干线；第四直列式天线阵列以及第五直列式天线阵列一次接入所述第二支干线；所述第一直列式天线阵列与第二直列式天线阵列之间的第一支干线设有第一调相弯折部；所述第二直列式天线阵列与第三直列式天线阵列之间的第一支干线设有第二调相弯折部；所述第四直列式天线阵列与第五直列式天线阵列之间的第二支干线设有第三调相弯折部；。

进一步的，所述接收天线部包括平行设置的第六直列式天线阵列、第七直列式天线阵列以及第八直列式天线阵列；所述第六直列式天线阵列与第七直列式天线阵列之间的间距为工作波长的0.5倍；所述第七直列式天线阵列与第八直列式天线阵列之间的间距为工作波长的2.5倍；。

优选的，所述直列式天线阵列为本发明所公开的天线阵列。

本发明所起到的有益技术效果如下：

1）采用的行波串馈微带线阵，能做到工作带宽更宽，同时结构紧凑容易集成到传感器。

2）对发射方向图探测能力按照近似超余割平方的分布实现优化，在需要探测远的方位高增益，在不需要远距离探测的方位降低增益，较好的满足了雷达系统对探测威力的需求。

3）通过长短基线的3根天线的接收天线方案，能够保证足够的测角精度。

附图说明

图1为本发明实施例1或2中的天线阵列示意图。

图2为本发明实施例2中的天线面阵结构示意图。

图3为本发明实施例2和4中的发射天线部馈电网路示意图。

图4为本发明实施例1中的天线阵列的其回波损耗图。

图5为本发明实施例1中的天线阵列副瓣电平随频率变化曲线。

图6为本发明实施例1中的天线阵列的E面与H面方向图。

图7为本发明实施例4中的天线面阵的E面与H面方向图。

其中，发射天线部为1；接收天线部为2；第一直列式天线阵列为10；第二直列式天线阵列为20；第三直列式天线阵列为30；第四直列式天线阵列为40；第五直列式天线阵列为50；第六直列式天线阵列为60；第七直列式天线阵列为70；第八直列式天线阵列为80；第一天线单元为11，第二天线单元为12，微带为13；第一凹槽为14；第二凹槽为15；导电过孔为16；弯曲部为17；馈电网络为90；第一阻抗匹配部为91；第二阻抗匹配部为92；第三阻抗匹配部为93；第四阻抗匹配部为94；第五阻抗匹配部为95；第一调相弯折部为96；第二调相弯折部为97；第三调相弯折部为98。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征更易被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围作出更为清楚的界定。

实施例1：

本实施例提供一种天线阵列，应用于汽车雷达的后侧方，为汽车后侧方雷达天线面阵的组成部分，由于汽车后侧方雷达探测的方向的指向性较强，因此雷达范围的形状需要更加精准。作为基本单元的天线阵列，其需要具备低副瓣和宽带宽的特点，如图1所示。具有包括多个第一天线单元11以及馈电结构。其中，第一天线单元11和第二天线单元12均为的方形片状结构，其可以由覆铜层组成。在排列方式上面，多个第一天线单元11一字型排列，组成一字阵列。各个第一天线单元11之间通过微带13实现馈电连接。最终通过设置在一字阵列的中心处的馈电结构进行馈电。为了实现调整每个天线单元的功率分配，从而压低天线单元的信号副瓣。因此需要在第一天线单元11的特定位置进行开槽。

本实施例中，开槽方式方面，为了方便描述，我们对第一天线单元11的部件位置进行定义，将第一天线单元11靠近馈电结构的一端定义为前端，远离馈电结构一端定义为后端。第一天线单元11的前端以及后端均有开槽，开在前端的凹槽为第一凹槽14，开在后端的凹槽为第二凹槽15。第一凹槽14和第二凹槽15均开在端部的中心处，使开槽处为微带的连接处。

所开的凹槽优选为矩形槽，其具有两个技术指标，分别是宽度以及深度，这两个指标会影响到天线阵列的功率分配，从而对H面发射方向波束形状有调整作用。

为了进一步压低副瓣，还设置有两个第二天线单元12，该两个天线单元分别排列在第一天线单元11的后端，也通过微带进行馈电连接，使天线单元整体仍然为一字阵列。并且，该第二天线单元12只设置有第一凹槽14，设置位置以及宽度和深度要求均与第一天线单元11的第一凹槽14相同。天线阵列的其回波损耗图以及副瓣电平随频率变化曲线如图4和图5所示。

在馈电结构方面，馈电结构设置在多个天线单元的对称中心。具体的，第一天线单元11以及第二天线单元12均设置在电路板的第一表面，而馈电结构的主体部分设置与电路板第一表面相对的第二表面上。馈电结构还包括设置在电路板上并穿过电路板的导电过孔16。该导电过孔16用于将天线单元与馈电结构相连。

本实施例中的导电过孔16设置第一天线单元11和第二天线单元12的所组成一字阵列的对称中心处。其一端部连接在馈电结构的主体上，另一端部则连接到微带13上，同时还连接在天线阵列的接地端。

另外，导电过孔16的数量可以是多个的，本实施例中采用的导电过孔16数量为5个，多个导电过孔16组成了准同轴结构，具体为其中4个导电过孔16围成方形，而第5个导电过孔16这设置在该放心的几何中心处。

为了调节波形的相位，微带的中段，即靠近导电过孔16处设有弯曲部17，其可以为形成“S”型，从而进行相位调整，实现赋形。

本实施例中，第一天线单元11的数量与第二天线单元12的数量均为偶数个，同时第一天线单元11为8个，第二单元为2个。最终共同构成10单元串馈行波微带天线阵列。天线阵列的E面与H面方向图如图6所示。

实施例2：

本实施例还提供一种汽车侧后方雷达天线面阵，主要可以实现盲点检测，变道辅助以及RCTA等功能。如图2和图3所示。具备发射天线部1以及接收天线部2。具体包括多个设置在电路板第一表面的直列式天线阵列以及设置在电路板第二表面的馈电网络90。

发射天线部1以及接收天线部2均由多个直列式天线阵列构成。

在发射天线部1方面，包括平行设置的5个直列式天线阵列，每个直列式天线阵列之间的间距为波长的一半，最终形成一发射天线面阵。

另外，在发射天线部1的馈电网路方面，其通过导电的微带来构成，包括主干线以及分支干线。其中，主干线用于连接外部的馈电源，而支干线则连接在主干线以及直列式天线阵列之间。

本实施例中，发射天线部1的馈电网络90包括了两个支干线，通过第一支干线和第二支干线两个支干线将5个直列式天线进行馈电连接。为了方便描述，分别将该5个直列式天线阵列定义为第一直列式天线阵列10、第二直列式天线阵列20、第三直列式天线阵列30、第四直列式天线阵列40以及第五直列式天线阵列50。

第一直列式天线阵列10、第二直列式天线阵列20以及第三直列式天线阵列30设置在第一支干线上，三者依次与第一支干线并接。而第四直列式天线阵列40和第五直列式天线阵列50则设置在第二支干线上，其关系也是并联关系。

为了更好地调整各个直列式天线阵列之间的功率关系，主干线以及每个支干线上设有阻抗匹配部。可以通过调整阻抗阻抗匹配部来对功率分配进行调整。本实施例中，阻抗匹配部是采用加宽微带的方式来对阻抗进行调整。

另外，为了实现相位调整，波束赋形。第一直列式天线阵列10与第二直列式天线阵列20之间的第一支干线设有第一调相弯折部96；第二直列式天线阵列20与第三直列式天线阵列30之间的第一支干线设有第二调相弯折部97；第四直列式天线阵列40与第五直列式天线阵列50之间的第二支干线设有第三调相弯折部98。

本实施例中，直列式天线阵列采用的是实施例1中的天线阵列。

实施例3：

本实施例与实施例2的区别在于，如图2所示，本实施例中的接收天线部2包括平行设置的第六直列式天线阵列60、第七直列式天线阵列70以及第八直列式天线阵列80。其中，第六直列式天线阵列60与第七直列式天线阵列70之间的间距为工作波长的0.5倍。而第七直列式天线阵列70与第八直列式天线阵列80之间的间距为工作波长的2.5倍。接收天线部2形成了长短基线的3天线方案，保证能够进行较高精度的精确测角。

在接收天线部2的馈电网络方面，其具体是通过单独的馈电微带线路进行馈电，即采用三根直接连接馈电源的微带分别来对第六直列式天线阵列60、第七直列式天线阵列70以及第八直列式天线阵列80进行馈电，并且采用中段馈电的方式，通过 180度移相，来保证每个天线阵列上下两部分天线单元同向馈电。

实施例4：

本实施例与实施3的区别在于，如图3所示，发射天线部1的馈电网路中的阻抗匹配部与调相弯折部具体配合关系如下。设置在第一直列式天线阵列10支路上的第一阻抗匹配部91、设置在第三直列式天线单元30的第三阻抗匹配部93以及设置在第五直列式天线单元的第五阻抗匹配部95这三者的参数、形状相同。

而设置在第四直列式天线单元的第四阻抗匹配部94与设置在第二直列式天线单元的第二阻抗匹配部92则为镜像对称。

最终使发射天线部1在H面方向图如图7所示。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种汽车侧后方雷达天线阵列，其特征在于，包括多个第一天线单元以及馈电结构；多个所述第一天线单元组成一字阵列，并通过微带相连；所述馈电结构设置在所述多个天线单元的对称中心；每个所述天线单元包括靠近所述馈电结构的前端以及远离所述馈电结构的后端，所述前端开有第一凹槽；所述天线单元的后端开有第二凹槽。

2.根据权利要求1所述的汽车侧后方雷达天线阵列，其特征在于，所述第一天线单元设置在电路板的第一表面，所述馈电结构设置在与所述第一表面相对的第二表面并通过多个导电过孔连接所述微带。

3.根据权利要求1所述的汽车侧后方雷达天线阵列，其特征在于，多个所述导电过孔构成准同轴机构。

4.根据权利要求1所述的汽车侧后方雷达天线阵列，其特征在于，还包括两个第二天线单元，分别设置在多个所述第一天线单元所组成阵列的两端部并与所述微带相连，所述第二天线单元的前端设有第一凹槽。

5.根据权利要求1所述的汽车侧后方雷达天线阵列，其特征在于，所述微带的中段设有弯曲部。

6.一种汽车侧后方雷达天线面阵，其特征在于，包括多个设置在所述电路板第一表面的直列式天线阵列以及设置在所述电路板第二表面的馈电网络；

多个所述直列式天线阵列分别构成发射天线部以及接收天线部；所述发射天线部包括平行设置的5个所述直列式天线阵列；每个所述直列式天线阵列之间的间距为波长的一半。

7.根据权利要求6所述的汽车侧后方雷达天线面阵，其特征在于，所述馈电网络包括主干线以及连接在每个所述直列式天线阵列之间的支干线；所述主干线以及每个所述支干线上设有阻抗匹配部。

8.根据权利要求1所述的汽车侧后方雷达天线面阵，其特征在于，所述支干线包括第一支干线以及第二支干线，5个所述直列式天线阵列中的第一直列式天线阵列、第二直列式天线阵列以及第三直列式天线阵列依次接入所述第一支干线；第四直列式天线阵列以及第五直列式天线阵列一次接入所述第二支干线；所述第一直列式天线阵列与第二直列式天线阵列之间的第一支干线设有第一调相弯折部；所述第二直列式天线阵列与第三直列式天线阵列之间的第一支干线设有第二调相弯折部；所述第四直列式天线阵列与第五直列式天线阵列之间的第二支干线设有第三调相弯折部。

9.根据权利要求6所述的汽车侧后方雷达天线面阵，其特征在于，所述接收天线部包括平行设置的第六直列式天线阵列、第七直列式天线阵列以及第八直列式天线阵列；所述第六直列式天线阵列与第七直列式天线阵列之间的间距为工作波长的0.5倍；所述第七直列式天线阵列与第八直列式天线阵列之间的间距为工作波长的2.5倍。

10.根据权利要求6所述的汽车侧后方雷达天线面阵，其特征在于，所述直列式天线阵列为如权利要求1~5中任一项所述的天线阵列。