CN107580682A - 用于机动车的雷达传感器 - Google Patents

Abstract

一种用于机动车的雷达传感器(10)，所述雷达传感器具有发送天线(14)和与所述发送天线(14)分开地构造的接收天线(16)，其特征在于，所述发送天线(14)配置用于发射沿第一方向圆极化的射束，并且所述接收天线(16)配置用于接收沿与所述第一方向相反的第二方向圆极化的射束。

Description

用于机动车的雷达传感器

技术领域

本发明涉及一种用于机动车的雷达传感器，所述雷达传感器具有发送天线和与发送天线分开地构造的接收天线。

背景技术

机动车越来越多地装配有驾驶员辅助系统，所述驾驶员辅助系统在机动车的驾驶中辅助驾驶员。用于这样的驾驶员辅助系统的例子是间距调节系统(ACC；Adaptive CruiseControl：自适应巡航控制)以及碰撞警告系统或者碰撞避免系统，所述间距调节系统自动地调节到行驶在前方的车辆的间距，所述碰撞警告系统或者碰撞避免系统在紧急的碰撞危险的情况下向驾驶员输出警告提示或者主动地干预车辆驾驶，以便防止碰撞。为了检测交通环境，在这些驾驶员辅助系统中通常使用雷达传感器，所述雷达传感器典型地以77GHz的雷达频率工作。为了发送和接收雷达信号，这些雷达传感器大多具有贴片天线，所述贴片天线以微带线路技术实现。例如，这样的贴片天线可以通过矩形的经金属化的天线元件构成，所述天线元件在适合高频的衬底材料上以与位于衬底材料下方的接地面有一限定的间距地布置。

雷达传感器大多具有多个这样的天线元件，所述多个天线元件水平地并排地布置并且能够实现：不仅测量行驶在前方的车辆和其他对象的间距和相对速度，而且也具有一定的角度分辨能力并且因此也能够确定对象的方向角。除了在这里考虑的类型的雷达传感器——在所述雷达传感器中实现双静态(bistatisch)的天线方案，也即，在所述雷达传感器中设置分开的天线元件用于发送和用于接收，也使用具有单静态(monostatisch)的天线配置的雷达传感器，在所述具有单静态的天线配置的雷达传感器中每个天线元件不仅用于发送而且用于接收雷达信号。在当今常用的雷达传感器中，天线元件大多发射经线极化的射束。然而，也可以考虑发送和接收经圆极化的射束的雷达天线元件。

随着驾驶员辅助系统的增加的功能范围，对雷达传感器在其总是正确地检测较复杂的交通状况的能力方面的要求也提高。因此，雷达传感器应能够以高的准确性和无误地测量所定位的对象的决定性的参数、即所定位的对象的间距、相对速度和角度，并且它们应相对于干扰信号尽可能不敏感。

在此，一个问题是所谓的多次反射的现象。当所发送的雷达信号和/或在对象上反射的雷达回波不是仅仅在直接的路线上到达对象并且再次到达雷达传感器中，而是在传播路线中的其他对象上、例如在护栏上或者必要时也在行车道表面还一次或者必要时也多次地被反射的时候，可能出现所述多次反射。通过这样的多次反射产生的信号可能冒充实际上根本不存在的虚假对象，并且它们可能导致对象角的或者对象间距的不准确或者完全错误的测量，其后果是：行驶在前方的车辆没有分配给正确的车道并且因此发生驾驶员辅助系统的错误反应，例如发生与交通状况不相称的制动过程或者加速过程。

发明内容

本发明的任务在于，实现一种用于机动车的雷达传感器，借助所述雷达传感器可以更好地抑制多次反射的干扰性的影响。

根据本发明，该任务通过以下方式来解决：发送天线配置用于发射沿第一方向圆极化的射束，并且接收天线配置用于接收沿与第一方向相反的第二方向圆极化的射束。

由发送天线发射的经圆极化的射束在所定位的对象上被反射。该反射导致极化方向的反向、即从右旋圆极化的射束变成左旋圆极化的射束并且反之。由于极化方向的反向，接收天线能够接收在直接的传播路线上传送的信号。如果与此相反出现多次反射，则在每次进一步反射时发生极化方向的重新反向。第一级的多次被反射的信号、即在所定位的对象上并且恰好一次地在传播路线中的另一对象上反射的信号具有错误的极化方向，从而它们仅仅经强烈衰减地被接收天线接收。同样的适用于具有偶数的总体数目的反射的、更高的级的多次反射。虽然具有奇数的总体数目的反射的、多次被反射的信号、即例如三次被反射的信号被接收天线接收，但是，因为信号的强度随着反射的数目强烈地下降，通过主要是第一级的多次被反射的信号的衰减实现有效的干扰抑制并且因此实现明显地改善的准确性和可靠性。

一般而言，多次反射可能不仅仅通过在自身车辆之外的对象引起、例如通过护栏引起，而且也可能通过安装环境、即例如通过车辆的以下部分引起：雷达传感器安装到所述部分中。因为通过根据本发明的雷达传感器也抑制这样的反射，所以也实现关于雷达传感器到车辆中的安装的较大的在结构上的自由。

本发明的有利的构型在从属权利要求中说明。

附图说明

以下根据附图详细地阐述实施例。附图示出：

图1示出根据本发明的雷达传感器的原理简图；

图2和3示出用于说明在对象上的不同类型的多次反射的交通状况的简图，所述对象属于交通基础设施；以及

图4示出用于说明多次反射的原理图，所述多次反射可能由于雷达传感器到车辆中的特定的安装方式导致。

具体实施方式

在图1中以强烈简化的简图示出根据本发明的雷达传感器10的原理性的结构。在由适合高频的材料制成的板12的表面上构造有发送天线14和接收天线16。这些天线构造为贴片天线并且在衬底12的表面上具有近似矩形的平面的形状。连续的接地层位于衬底的不可见的背侧上。

发送天线14通过构造在衬底的表面上的馈线18、例如微带线路与本地的振荡器20连接，所述振荡器产生待发送的雷达信号。作为例子应假定，雷达传感器根据FMCW原理(Frequency Modulated Continuous Wave：调频连续波)工作。振荡器20为电压控制的振荡器，所述振荡器产生具有斜坡状调制的频率的雷达信号。典型地，中间频率为76.5GHz。频率调制由驱动器电路22控制，所述驱动器电路此外提供用于振荡器20的控制电压。

接收天线16通过自身的馈线24与混频器26的输入端连接。该混频器的另一输入端与振荡器20的输出端连接。混频器26将从接收天线14接收的信号(雷达回波)与从振荡器20收到的信号混频并且因此在其输出端上产生向下混频到基带中的信号，该信号的频率相当于在所接收的信号和振荡器的信号之间的频率差。该基带信号在驱动器电路22中以已知的方式进一步地被分析处理。

发送天线14通过在两个对角地相对置的棱角上的斜切28以及通过馈电的位置(馈线18到天线贴片上的连接点)如此配置，使得通过所馈入的信号在贴片中激发出两种振荡模式，所述两种振荡模式在两个彼此成直角的方向上并且具有错开90°的相位，从而发送天线发射经圆极化的雷达射束、即根据辐射方向或者右旋圆极化的射束或者左旋圆极化的射束。作为例子应假定，发送天线14发射左旋圆极化的射束。

在实践中，所发射的信号也可以包含一定的经线极化的射束份额，从而射束严格来说是经椭圆极化的。然而，在这里，可以忽略经线极化的射束份额。

在所示出的例子中，接收天线16相对于发送天线14镜像地构造。在任何情况下，接收天线16如此配置，使得所述接收天线接收优选右旋圆极化的射束。虽然接收天线16也可以接收其他射束成分，尤其也接收左旋圆极化的射束，但对于这些射束成分，衰减明显更强，从而未被左旋圆极化的信号成分的接收明显被抑制。

在这里示出的实施例中，发送天线和接收天线14、16的用于经圆极化的射束的配置通过斜切部28实现，而这样的配置也可以借助其他手段实现，例如通过各两个馈线实现，所述馈线通向天线贴片的两个彼此成直角地延伸的棱边并且所述馈线的长度如此与雷达信号的波长协调，使得产生90°的相位差。

在这里示出的简化的例子中，雷达传感器具有仅仅一对发送天线和接收天线。然而在实践中，雷达传感器通常具有多个这样的对，所述对如此布置，使得实现雷达传感器的一定的角度分辨能力。同样地，所述对可以布置成具有多个元件的组，以便能够实现所辐射的功率的更高的聚焦(更高的天线增益)并且因此能够实现更大的作用距离。

现在，要根据图2至4阐述以上描述的雷达传感器的作用方式。

图2以俯视图示出一种交通状况，在所述交通状况中，装配有在图1中示出的雷达传感器10的机动车30驶过行车道32，所述行车道在沿行驶方向位于左边的侧上通过护栏34限界。雷达传感器10对行驶在前方的车辆36进行定位。如在图2中通过实线的箭头象征性地表示的那样，雷达传感器10发送雷达信号38，所述雷达信号相应于发送天线14的配置地左旋圆极化，这通过在相关的箭头上的字母“L”象征性地表示。所发送的雷达信号38射到行驶在前方的车辆36的背部正面上并且在那里被反射。在该反射中，发生极化方向的反向，从而单次地被反射的信号40在从被定位的车辆36到雷达传感器10的直接的路线上传播。基于极化方向的反向，该单次地被反射的信号40右旋圆极化，这通过字母“R”象征性地表示。因为雷达传感器的接收天线16特定地配置用于接收右旋圆极化的射束，所述直接被反射的信号以尽可能小的衰减被接收并且通过混频器26转发给驱动器电路22。

因为行驶在前方的车辆36的背部正面具有相对于行车道方向倾斜成角度的面或者具有弯折的面，入射的射束的一定份额也倾斜地反射回到护栏34并且在护栏上再次反射之后才又入射到雷达传感器10的接收天线上。因此，该信号构成多次被反射的信号40，更准确地，构成两次被反射的信号，所述信号在图2中通过虚线地绘出的箭头象征性地示出。基于在车辆36上第一次反射时极化方向的反向，所述多次被反射的信号40在到护栏34的路线上右旋圆极化(“R”)，然而在护栏34上反射时极化方向重新反向，从而信号40作为左旋圆极化的信号(“L”)到达雷达传感器10。因此，该信号仅仅经强烈衰减地被接收天线16接收。因为多次被反射的信号42在行驶在前方的车辆36的定位中是尤其使角度测量失真的干扰信号，通过抑制该信号实现改善的测量准确性。

图3说明了多次反射如何可能出现的另一种可能性。雷达传感器10如通常那样如此配置，使得将所发送的信号38聚束成在车辆30的前进方向上的相对窄的波瓣。这例如通过布置在天线元件前方的雷达透镜和/或通过合适的布置和在多个发送天线贴片之间的合适的相位关系实现。然而，由雷达传感器10发送的雷达波瓣在横向于行驶方向的水平方向上具有一定的宽度。该射束扩张完全是所希望的，因为它也能够实现角度错开地行驶的车辆的定位。此外，不可避免地发生较强地朝侧面定向的旁瓣的形成。

因此，由雷达传感器10发射的射束的一部分倾斜地向侧面传播并且如此射到护栏34上，使得该部分通过所述护栏反射至行驶在前方的车辆36的背部正面。在行驶在前方的车辆36的背部正面上重新反射之后，该射束的一部分也又射到雷达传感器10的接收天线16上。因此，在从雷达传感器10到对象、在这里即到行驶在前方的车辆36的向前定向的传播路径上也可能发生多次反射。

在图3中，通过虚线的箭头示出两次被反射的信号44，所述信号从雷达传感器10通过护栏34行进至车辆36并且从所述车辆往回行进至雷达传感器。该多次被反射的信号44虽然不导致方向角的如此强烈的失真——在所述方向角下对车辆36进行定位，但是基于较大的信号传播时间而可以冒充行驶在前方的车辆的较大的间距并且总体上如此“模糊化(verschmieren)”所接收的信号图像，使得使各个对象的准确的辨识和定位变得困难。

多次被反射的信号44在从雷达传感器到护栏34的路线上左旋圆极化(“L”)，在从护栏34到车辆36的路线上右旋圆极化(“R”)，以及在从车辆36往回到雷达传感器10的路线上又左旋圆极化(“L”)。因此，通过配置用于右旋圆极化的射束的接收天线16也有效地抑制该多次被反射的信号。

图4示意性地示出雷达传感器10到机动车30中的安装状况，在所述安装状况中，向一侧发射雷达射束并且又从该侧接收雷达回波，部件46、例如机动车的车身部分位于雷达传感器在该侧上的安装位置两侧，在所述车身部分上可以重新反射由对象反射的雷达射束。因此，除了单次地被反射的信号48之外，在这种位态(Konstellation)中，多次被反射的信号50也到达雷达传感器10，所述信号可能干扰对象定位。在这些信号的情况下，在部件46上重新反射时，也出现极化方向的重新反向，从而在这种情况下干扰性的信号也仅仅经强烈衰减地被接收。

Claims (3)

1.一种用于机动车(30)的雷达传感器(10)，所述雷达传感器具有发送天线(14)和与所述发送天线(14)分开地构造的接收天线(16)，其特征在于，所述发送天线(14)配置用于发射沿第一方向(L)圆极化的射束，并且所述接收天线(16)配置用于接收沿与所述第一方向相反的第二方向(R)圆极化的射束。

2.根据权利要求1所述的雷达传感器，其中，所述发送天线和接收天线(14，16)构造为贴片天线。

3.根据权利要求2所述的雷达传感器，其中，所述发送天线和接收天线(14，16)的用于经圆极化的射束的配置通过否则矩形的天线贴片的棱角上的斜切(28)来实现。