CN107850661A - 雷达和盖板之间的结构 - Google Patents

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Abstract

描述了在系统中布置雷达收发器单元的系统和方法。所述系统包括：雷达收发器，所述雷达收发器包括在一定频率范围内发射和接收能量的天线阵列；以及遮盖天线阵列的盖板。系统还包括设置在所述天线阵列和所述盖板之间的结构，所述结构包括在最靠近所述天线阵列的一侧上的第一基部和在最靠近所述盖板的一侧上的第二基部，其中所述第一基部比所述第二基部小，且所述结构具有使得从所述第一基部到所述第二基部的一系列截面表明尺寸逐渐增加的形状。

Description

雷达和盖板之间的结构
技术领域
本发明涉及在雷达天线阵列和盖板之间的气隙中的结构。
背景技术
在某些雷达应用中，雷达系统被安装在盖板后方。例如，示例性的应用包括空运、车辆（例如汽车、施工设备），以及船载系统。例如，在车辆应用中，雷达可被安装在车辆保险杠的塑性部分的后方。通常，在雷达系统的辐射元件和盖板之间有气隙。在空气-盖板界面处的阻抗不匹配会导致能量损失，所述能量损失由界面处的反射以及当能量传播通过盖板时的材料吸收和散射损失造成。当此气隙为理想距离时，可实现雷达所发射和接收的能量的最小双向传播损失（例如，低至大约0.2分贝（dB））。然而，由于单元数量众多（例如车辆），达到理想的气隙变得不切实际，且达到相同的（即使不理想的）间隙一直是困难的。结果是，表征传播损失和所发射的雷达波束的波束图失真以及对其作出解释变得具有挑战性。当在外盖板表面施加有助于雷达能量的衰减和散射的涂料层时，所述问题可能会由于附加的变化而加剧。如上文所述，传播损失的变化可能会需要校准或导致次佳的表现，所述校准在技术上是有挑战性的。替代性地，降低单元之间的变化的需求可能会导致盖板的制造中严格的公差，并且考虑到位置和性能之间的强相关性而需要严格注意雷达系统的安置，所述单元包括在盖板后方的雷达。为解决上文讨论的问题，期望基于盖板和任何涂料层的物理和电学特性的变化来减小电磁反射和传播损失中的变化。
发明内容
在本发明的一个示例性的实施例中，系统包括：雷达收发器，所述雷达收发器包括被设置成在一定频率范围内发射和接收能量的天线阵列；被设置成遮盖天线阵列的盖板；以及被设置成设置在所述天线阵列和所述盖板之间的结构，所述结构包括在最靠近所述天线阵列的一侧上的第一基部和在最靠近所述盖板的一侧上的第二基部，其中所述第一基部比所述第二基部小，且所述结构具有使得从所述第一基部到所述第二基部的一系列截面表明尺寸逐渐增加的形状。
在本发明的另一示例性的实施例中，在系统中布置雷达收发器单元的方法包括：将雷达收发器单元的天线阵列设置在所述系统中；在所述天线阵列的一侧上设置盖板，以使所述盖板的第一侧最靠近所述天线阵列的所述一侧；以及在所述天线阵列的所述一侧和所述盖板的所述第一侧之间设置结构，所述结构包括最靠近所述天线阵列的所述一侧的第一基部和最靠近所述盖板的所述第一侧的第二基部，所述第一基部比所述第二基部小，且所述结构的形状使得从所述第一基部到所述第二基部的一系列截面表明尺寸逐渐增加。
本发明的上述特征和优势以及其他特征和优势将从本发明的下述详细说明结合附图显而易见。
附图说明
其他特征、优势和细节仅通过示例显现在对实施例的下述详细说明中，所述详细说明参照附图，在附图中：
图1示出包括在雷达天线阵列和盖板之间的结构的示例性系统；
图2示出包括在雷达天线阵列和盖板之间的结构的另一示例性系统；
图3示出包括在雷达天线阵列和盖板之间的结构的又另一示例性系统；
图4示出根据示例性的实施例的结构；
图5示出从雷达天线阵列朝向盖板的角度来看的一组示例性的结构的视图的部分；
图6示出根据另一示例性的实施例的结构；以及
图7示出根据实施例的在系统中布置雷达收发器单元的方法的步骤。
具体实施方式
下述描述在本质上仅仅是示例性的，并不意图限制本公开、本公开的应用或用途。应当理解到，在所有附图中，相应的附图标记表示相似的或相应的部分或特征。
根据本发明的一个示例性的实施例，在图1中示出了系统100，所述系统100包括在雷达天线阵列120和盖板130之间的结构110。结构110可指代的形状的集合（如图1-图3的讨论中所述）或可单独指代每个形状（如图4-图6的讨论中所述）。雷达天线阵列120是雷达收发器单元115的一部分，所述雷达收发器单元在选定的频率范围内发射和接收能量。如图1所示，雷达天线阵列120可与雷达收发器单元115的其他部件被容纳在一起，或在替代性的实施例中可联接到其他部件。如上文所述，系统100可为许多应用的一部分。例如，在车辆应用的示例性的情形中，雷达收发器单元115可在77GHz左右进行操作。雷达天线阵列120通常被容纳在护罩（即，天线罩210（图2））内。为保护雷达天线阵列免受环境因素影响或为美观的目的，盖板130也可充当雷达天线阵列120的护罩或隐蔽物。根据图1所示的示例性的实施例，结构110被模塑或机加工到盖板130中，所述盖板130与雷达天线阵列120被气隙126分离。气隙126和结构110周围的空间可被间隔物材料125完全填充或部分填充（如图所示）。间隔物材料125可为结构性泡沫或具有已知介电常数和在感兴趣频率下的低介电损失的其他材料。如图1的示例性实施例所示出的，盖板130在其表面上可具有涂料层140，所述盖板可为车辆1的保险杠的塑性部分。虽然为示例的目的示出了两个涂料层140，也能够想到任何数量的涂料层140。盖板130可替代性地为在示例性的车辆应用中车辆1的任何其他部分、天线罩或在感兴趣频率下展现低介电损失的任何非金属材料。
在图1的实施例中，模塑的保险杠130和涂料层140被统称为材料135。在没有结构110的前提下，当材料135的厚度改变时，或当与盖板130或涂料层140有关的介电常数或介电损失改变时，双向传播损失通常会变化。此外，对于材料135的每个给定厚度以及介电常数和介电损失，双向传播损失变化。此变化加之通常变化会导致上文中讨论的一些挑战。相对于材料135的厚度的变化，在材料135和雷达天线阵列120之间的结构110安置会导致与雷达天线阵列120有关的能量的几乎恒定的双向传播损失。当使用结构110时，双向传播损失的变化可为0.1分贝（dB）或更少。在下文中更详细地说明结构110。
根据本发明的另一示例性的实施例，在图2中示出了系统200，所述系统200包括在雷达天线阵列120和盖板130之间的结构110。如上文所述，根据图1中示出的示例性的实施例，结构110被模塑或机加工到盖板130中。根据图2中示出的示例性的实施例，结构110被机加工为独立的部件，所述部件例如通过粘合剂220被连接到盖板130上，并布置在雷达天线阵列120和盖板130之间。此外，天线罩210被示出为雷达收发器单元115的护罩。如图2所示，气隙126保留在第一类型的间隔物材料125a和在结构110之间的第二类型的间隔物材料125b之间。在替代性的实施例中，可能不存在保留的气隙126，且可使用仅一种或多于两种的间隔物材料125。
根据本发明的又另一实施例，在图3中示出了系统300，所述系统300包括在雷达天线阵列120和盖板130之间的结构110。在图3中示出的示例性实施例中，结构110例如通过粘合剂220被连接到天线罩210内部。如在图1-图3所有中，结构110的较宽部分更靠近盖板130，而结构110的较窄部分更靠近雷达天线阵列120。如下文中进一步讨论的，不管气隙126或盖板130厚度的变化如何，此布置都提供不变的双向传播损失。
图4示出根据示例性的实施例的结构110。结构110包括第一基部410和第二基部420，所述第一基部410在最靠近雷达天线阵列120的一侧（如所示的），所述第二基部420具有比第一基部410更大的直径并且在最靠近盖板130的一侧。如图所示，示例性的结构110是截断的圆锥，其直径从基部410到420逐渐增加。也即，从基部410开始并在基部420结束的一系列截面视图将表明尺寸逐渐增加。例如，示例性的基部410与基部420直径比率可为0.5。例如，当在图1中所示出的示例性的车辆应用中使用结构110时，图4中示出的结构的示例性的尺寸可为，基部420直径为1.75毫米（mm），高度h为1mm。如上文所述，提供针对材料135厚度的变化来说想要的双向传播损失不变的布置的特征为，将较宽基部420安置成更靠近盖板130，将较小基部410安置成更靠近雷达天线阵列120。如图1所示的，多个结构110可被布置在雷达天线阵列120和盖板130之间。
图5示出从雷达天线阵列120朝向盖板130的角度来看的一组示例结构110的视图的部分。结构110以交错的方式布置（与并排布置形成对比）。此交错可为周期性的或非周期性的。在图5中示出了一个完整的结构110a和两个部分结构110b。结构110的交错布置在图1-图3的角度中被遮挡。交错的布置确保去除所有高吸收的区域，同时保持相对于材料135的厚度的变化来说的恒定的传播损失。如图5所示，两个部分结构110b的中点111之间的距离与结构110a的直径d相同。结构110之间的其他布置是可能的，包括非周期性的布置，但对于能量进入和离开雷达天线阵列120的正入射和斜入射角二者来说，示出的实施例可使通过盖板130的双向传播损失最小化。
图6示出根据另一示例性的实施例的结构110。根据本实施例的结构110是截断的金字塔。最靠近雷达天线阵列120的结构110的基部610的宽度小于最靠近盖板130的基部620的宽度，宽度在两个基部610、620之间逐渐变化。基部610与620的宽度的比率可为0.5，图6中示出的结构110的示例性的尺寸可为，在图1中示出的示例性的车辆应用中，基部620宽度为1.5mm，高度为1mm。如关于参照图3讨论的尺寸的那样，这些示例性的尺寸仅意图传达示例性的相对尺寸，不应被解释为限制结合具有不同尺寸的盖板130和雷达天线阵列120的不同的应用来使用的结构110的尺寸。如图1所示，气隙126可仍然存在于结构110与雷达天线阵列120和盖板130中一者或两者之间。也即，不仅结构110可不被模塑到盖板130内（如图2和图3），而且结构110也可不与雷达天线阵列120接触。也如图1所示的，间隔物材料125可填充气隙126。间隔物材料可为结构性泡沫或具有已知常数和在感兴趣频率下的低介电损失的其他材料。结构110的成分可与盖板130的成分相同。例如，当结构110被模塑到盖板130中时将会是这个情形。例如，结构110可替代性地为在感兴趣的频率下展现低介电损失的任何材料，所述感兴趣的频率可为微波或毫米波频率。
图7示出在系统中布置雷达收发器单元115的方法的步骤。在图1示出的示例性的实施例中，所述系统为车辆1。在方块710处，所述方法包括：将雷达天线阵列120设置在系统中的步骤。在方块720处，例如，如图1和图2的示例性的布置中示出的，所述方法还包括：将盖板130设置在雷达天线阵列120的一侧上的步骤。在方块730处，例如，如图1所示，将结构110设置在雷达天线阵列120和盖板130之间的步骤可包括：从盖板130的最靠近雷达天线阵列120的一侧机加工或模塑所述结构。在替代性的实施例中（例如，见图2），设置所述结构110可包括：设置单独的部分，所述单独的部分可由气隙126从雷达天线阵列120和盖板130中一者或两者分离。此气隙126可被间隔物材料125填充。结构110通常具有参照图1-图4和图6讨论的形状。在方块730处，作为步骤的一部分，可设置多个结构110。如参照图5所讨论的，多个结构110以交错的样式布置。
虽然已经参照示例性的实施例描述了本发明，本领域技术人员将理解到在不脱离本发明范围的前提下，可进行多种变化，且等同物可替换其中的元件。此外，在不脱离本发明本质范围的前提下，为使得特定的情形或材料适应本发明的教导，可进行许多修改。因此，意图是本发明不被限制于所公开的特定实施例，本发明将包括落入本申请范围内的所有实施例。

Claims (20)

1.一种系统，所述系统包括：
包括天线阵列的雷达收发器，所述天线阵列被设置成在频率范围内发射和接收能量；
被设置成遮盖天线阵列的盖板；以及
被设置成设置在所述天线阵列和所述盖板之间的结构，所述结构包括在最靠近所述天线阵列的一侧上的第一基部和在最靠近所述盖板的一侧上的第二基部，其中所述第一基部比所述第二基部小，且所述结构具有使得从所述第一基部到所述第二基部的一系列截面表明尺寸逐渐增加的形状。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述频率范围以77千兆赫（GHz）为中心。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述结构从所述盖板被模塑或被机加工而成。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述结构被机加工为与所述盖板分离的部件。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述结构具有与所述盖板不同的材料成分。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述结构被设置成使得在所述结构与所述天线阵列或所述盖板之间有气隙。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述气隙被间隔物材料填充。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一基部与所述第二基部的尺寸比率为0.5。
9.根据权利要求1所述的系统，其中多个所述结构被布置在所述天线阵列和所述盖板之间。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述多个所述结构以交错的周期性的或非周期性的样式布置。
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述盖板包括在与最靠近所述结构的第二基部的表面相对的表面上的一个或多个涂料层。
12.一种在系统中布置雷达收发器单元的方法，所述方法包括：
将所述雷达收发器单元的天线阵列设置在所述系统中；
在所述天线阵列的一侧上设置盖板，以使所述盖板的第一侧最靠近所述天线阵列的所述一侧；以及
在所述天线阵列的所述一侧和所述盖板的所述第一侧之间设置结构，所述结构包括最靠近所述天线阵列的所述一侧的第一基部和最靠近所述盖板的所述第一侧的第二基部，所述第一基部比所述第二基部小，所述结构的形状使得从所述第一基部到所述第二基部的一系列截面表明尺寸逐渐增加。
13.根据权利要求12所述的方法，其中设置所述结构包括：从所述盖板的所述第一侧模塑所述结构。
14.根据权利要求12所述的方法，其中设置所述结构包括：粘合被机加工为独立部件的所述结构。
15.根据权利要求12所述的方法，还包括：在所述结构与所述天线阵列的所述一侧或所述盖板的所述第一侧之间留有气隙。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括：用间隔物材料填充所述气隙。
17.根据权利要求12所述的方法，还包括：在所述天线阵列的所述一侧和所述盖板的所述第一侧之间设置多个所述结构。
18.根据权利要求17所述的方法，其中设置多个所述结构是以交错的周期性的或非周期性的样式实现的。
19.根据权利要求12所述的方法，其中设置所述盖板包括：设置所述盖板的第二侧，所述盖板在所述盖板的第一侧的相对侧上包括一个或多个涂料层。
20.根据权利要求12所述的方法，其中将所述雷达收发器单元布置在所述系统中包括：将所述雷达收发器单元布置在车辆中。
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