CN108780950A - 用于雷达传感器的天线装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于雷达传感器(200)的天线装置(100)，所述天线装置具有：布置在衬底(1)的表面上的至少一个第一天线组(20)，所述至少一个第一天线组具有串行连接的、限定数目的平面天线元件(10)；布置在所述衬底(1)的表面上的至少一个第二天线组(30)，所述至少一个第二天线组具有串行连接的、限定数目的平面天线元件(10)；馈送线路(12)，所述馈送线路分别在中间与所述两个天线组(20，30)连接；其中，借助所述馈送线路(12)能够将馈送信号如此馈入到所述天线组(20，30)中，使得能够将相对于所述第二天线组(30)移相180度的馈送信号输送给所述第一天线组(20)。

Description

用于雷达传感器的天线装置
技术领域
本发明涉及一种用于雷达传感器的天线装置。此外，本发明涉及一种用于制造用于雷达传感器的天线装置的方法。
背景技术
在近十年里，雷达传感器在汽车领域里的推广显著地提高并且还进一步提高。第一代传感器旨在，仅仅在有限的角度范围内在车辆前方在大约250m的距离内检测车辆的周围环境。作为前部传感器已知的传感器在现在和将来的雷达系统中也构成汽车的周围环境检测的必要的组成部分。但是，在待探测的对象方面的要求在近年来显著地提高，并且，考虑到即将来临的自动化驾驶或者自主驾驶，对周围环境检测的要求将进一步提高。
除了直接位于车辆前方的对象之外，变得越来越重要的是，也探测在明显更大的角度偏差下的对象。因此，当前的和将来的车辆例如必须能够检测到交叉的目标，如例如行人、自行车、摩托车，等等。该功能性应借助安装在车辆的前方的角部中的传感器来提供，所述传感器也称作“角落传感器”或者“角部传感器”。此外，布置在车辆后部板件中的传感器的数目也增加。此外，借助这些传感器能够实现死角的覆盖、快速超车的车辆的检测和在向后泊出时同样交叉的对象的检测。根据所提到的例子变得明显的是，已存在借助雷达完全地覆盖载重车辆的视域的趋势。
因此，本发明的任务是，提供一种用于雷达传感器的天线，其中，天线尤其应适合用于安装在机动车的角部传感器中。
发明内容
根据第一方面，所述任务借助用于雷达传感器的天线装置来解决，所述天线装置具有：
布置在衬底的表面上的至少一个第一天线组，所述至少一个第一天线组具有串行连接的、限定数目的平面天线元件；
布置在所述衬底的表面上的至少一个第二天线组，所述至少一个第二天线组具有串行连接的、限定数目的平面天线元件；
馈送线路，所述馈送线路分别在中间与所述两个天线组连接；
其中，借助所述馈送线路能够将馈送信号如此馈入到所述天线组中，使得相对于所述第二天线组移相180度的馈送信号能够输送给所述第一天线组。
以此方式，借助天线装置实现在中间馈送的两个贴片元件组，所述两个贴片元件组实现相对彼此对称地构造的两个最大值，所述两个最大值的主辐射方向相对彼此倾斜一限定的角度。借助天线装置可以实现一种雷达传感器，所述雷达传感器可以有利地应用在机动车的角部区域中，因为可以通过雷达传感器相对于机动车的相应的布置来确定辐射特性或者方向特性。在此，雷达传感器的应用不但对于机动车的前角部而且对于机动车的后角部是可能的。
根据第二方面，所述任务借助一种用于制造用于雷达传感器的天线装置的方法解决，所述方法具有以下步骤：
将第一天线组的串行地连接的、限定数目的平面天线元件布置在所述衬底上；
将第二天线组的串行地连接的、限定数目的平面天线元件布置在所述衬底上；以及
将分别在中间与所述两个天线组连接的馈送线路布置在所述衬底上，其中，如此构造所述馈送线路，使得能够将相对于所述第二天线组移相180度的馈送信号输送给所述第一天线组。
天线装置的有利的扩展方案是从属权利要求的主题。
天线装置的一种有利的扩展方案的特征在于，所述两个天线组关于馈送线路相对彼此在功能上点对称地构造。以此方式，对于天线装置，提供一种在技术上简单的实现方案。
天线装置的一种另外的有利的实施方式的特征在于，
所述第一天线组具有第一天线半组和第二天线半组；
所述第二天线组具有第一天线半组和第二天线半组；
在所述第一天线组的所述第二天线半组中布置有移相元件；
在所述第二天线组的所述第一天线半组中布置有移相元件；以及
借助相应的一个连接元件，所述馈送线路与所述第一天线组的第一和第二天线半组的连接点连接并且与所述第二天线组的所述第一和第二天线半组的连接点连接。
因此，实现在两个天线组中所述馈送信号的180度的移相，其中，有利地，移相元件在馈送线路中不是必需的。结果，由此实现天线装置的和因此整个雷达传感器的节省面积的、紧凑的结构型式。通过天线装置的中间馈送可以有利地实现在天线图中“稳健的”零点，因为在xz平面内的辐射变动微小。
天线装置的一种另外的有利的构造设置，馈送线路的连接元件相对于天线组不对称地构造。以此方式可以有利地确定在两个最大值之间的零点形成的程度(Grad)大小。有利地，由此可以在设计技术上实现对辐射特性的要求。
天线装置的一种另外的有利的实施方式的特征在于，其具有限定数目的另外的天线组，其中，具有相应的两个另外的天线组的分组分别与天线组中的至少一个连接。以此方式提供组合天线，所述组合天线具有限定的辐射特性。
天线装置的一种另外的有利的实施方式的特征在于，一定数目的、与第一天线组连接的另外的天线组等同于一定数目的、与第二天线组连接的另外的天线组。
接下来，根据多个附图借助另外的特征和优点详细地描述本发明。在此，所描述的所有特征单独地或者以任意组合的方式构成本发明的主题，而与其在说明书中或在附图中的表述无关以及与其与在专利权利要求或专利权利要求的引用关系中的概括无关。这些附图不一定按比例实施，相同的或者功能相同的元件具有相同的附图标记。
附图说明
所公开的装置特征类似地从所公开的相应的方法特征得出，反之亦然。这尤其意味着，与天线装置相关的特征、技术优点和实施方案以类似的方式从与用于制造天线装置的方法相关的相应的实施方案、特征和优点得出，反之亦然。
附图示出：
图1示出雷达传感器在机动车中的安装位置；
图2示出贴片天线组的原理示图；
图3示出贴片天线组的中间馈送的原理示图；
图4示出根据本发明的天线装置的一种实施方式；
图5示出借助所提出的天线装置实现的组合天线；
图6示出所提出的天线装置的辐射特性；
图7示出所提出的天线装置的和组合天线的辐射特性；以及
图8示出根据本发明的用于制造天线装置的方法的实施方式的原理性的流程图。
具体实施方式
图1以俯视图示出具有多个雷达传感器200的机动车，其中，分别一个雷达传感器200布置在机动车的四个角部区域之一中。向前辐射和感测的前部传感器未示出。雷达传感器200设置用于，聚焦发送与接收天线的发送功率/接收功率，其中，实现限定的感测作用距离。雷达传感器200分别具有一个天线装置(未示出)，其中，天线装置分别具有限定数目的、矩形的或者方形的平面天线元件(“贴片元件”)，所述天线元件布置在衬底上并且以此方式实现本身已知的贴片天线。
在图2中以俯视图在原理上示出这类已知的天线组。在最优地控制的情况下，平面天线元件10实现相对于衬底正交的辐射最大值。已知的汽车传感器基于平面的、串行地馈送的贴片天线矩阵或者贴片天线组。串行地馈送的一个缺点是，天线图可能通过材料波动、尤其通过介电常数波动以及通过频率范围的变动而改变。这不利地导致，天线图在俯仰方向上“斜视”并且辐射特性的最大值因此不再指向所期望的方向，由此造成作用距离损失。一种导致方向图的提高的稳定性的可能的补救措施是在中间馈送的天线布置，以下还将进一步详细地探讨所述天线布置。
用于相应的传感器(前部、角落、尾部)的真正的组合天线从该基本元件引出。尾部传感器和角落传感器分别安装在车辆的角部中并且应分别操纵大约90°的对称的角度范围方向。但在这里，功率分布不是均匀分布的，而是，焦点在于，将辐射功率聚焦在外部的角部中。为此，在天线设计中，设置相应的发送天线的辐射转向。但这具有缺点：天线图的稳定性被“斜视的”天线限制并且尤其旁瓣行为和辐射方向在频率范围上和通过材料变动而改变。
图3示出具有两个天线半组20a、20b的这类天线组20的已知的中间馈送，其中，第一天线半组20a的支线(Strang)具有移相元件或者相位延迟元件11。借助移相元件11实现用于通过馈送线路12馈入的馈送电信号的行程长度，由此，在两个天线半组20a、20b中产生馈送信号的限定的移相。结果，以此方式，在第一天线半组20a中，与第二天线半组20b相比可以生成180°的移相，所述移相允许，使辐射特性在xz平面内保持均匀并且基本上不受频率波动或者材料变动影响。
即，所提到的在中间的天线馈送导致，在材料特性、尤其介电常数或者频率偏移改变时使两个天线半组20a、20b在xz平面内向相反的方向斜视，由此，总体又补偿斜视效应。即，借助移相元件11有利地造成天线图的提高的稳定性。
借助中间馈送可以在天线图中产生稳健的零点，所述零点基本上与天线装置的材料波动和馈送源的频率波动无关。由此可能的是，生成稳健的天线图，所述天线图对于将来的尾部传感器和角落传感器的使用是必需的。因此，对于如此中间馈送的天线的设计而言，180°的移相元件是必需的，以便实现两个天线半组20a、20b在结构上的叠加。对于在方位角中的零点的生成而言、即在在机动车中基本上平行于行车道表面的应用方面，两个天线组是必需的。在这里，必须使两个天线组的馈送相对彼此偏移180°。这可以有利地借助根据图4的布置实现。
图4示出所提出的、用于雷达传感器的天线装置100的第一实施方式。天线装置100具有第一天线组20和第二天线组30，所述第一天线组和第二天线组分别具有两个天线半组20a、20b、30a、30b。两个天线半组20、30借助馈送线路12在中间馈送中被馈送或者被激励，其中，馈送线路12T形地构造有到天线组20、30的两个短的连接元件12a、12b。因此，关于T形的馈送线路12的交叉点，该布置在功能上点对称地构造。
这通过以下方式来实现：在第一天线半组20b中和在第二天线半组30a中分别布置有一个移相元件11。借助这类配置，可以关于yz平面产生辐射特性的两个对称的主最大值。这意味着，关于yz平面构造具有两个相对彼此倾斜的辐射最大值的特性。这对于在汽车的雷达传感器的以上所提到的所谓的尾部传感器和角落传感器中的应用是特别有利的，因为在那里，相对彼此偏转的辐射最大值是非常有利的。
替代地，移相元件11的功能性也可以借助不同于所示出的几何形状的几何形状来实现。例如可以考虑，移相元件11也不同地定向、圆形地构造，等等。
可以看到，馈送线路12的短的横梁或者连接元件12a、12b不对称地构造，并且，结果，由此实现功率分配器。由此可以实现，将不同大小的电功率馈入到两个天线组20、30中。以此方式，有利地可能的是，在所提到的两个主最大值之间较强或者较弱地构造一个最小值，其中，两个连接元件12a、12b越对称地构造，则最小值越强地构造。以此方式，天线装置100在中间生成功率下降，并且限定地角度错开地辐射电磁功率，由此，在机动车的所提到的角部传感器中的应用非常有利。所描述的天线方案也很好地适合用于MIMO组合天线设计(英语multiple input multiple output，多输入多输出)。
借助所描述的配置，通过馈送线路12形式的、紧凑的和相对低损耗的馈送网络，可能的是，实现用于天线装置100的、与常规的方案相比小的面积需求。这可以归因于：对于180°移相的产生所需的移相元件不布置在馈送线路12的相对短的连接元件12a、12b中，从而相对彼此平行地定向的两个天线组20、30可以节省空间地构造。
图5示出所提到的天线装置100用于组合天线的有利的应用。可看到具有总共六个天线组20...70的组合天线，其中，两个天线组20、30在中间被馈送，其中，另外的天线组40、50或者60、70在上方和在下方分别与所提到的两个天线组20、30连接。以此方式可以实现组合天线的限定的辐射特性。
图6示出图4的实施方式的辐射图，其中，在以度标出的方位角上绘出无量纲地示出的作用距离R的变化曲线。可看到，在大约0°处出现天线装置100的最小值。两个天线最大值在大约+45°和大约-45°的方位角处出现，结果，这实现偏转大约90°的辐射特性并且使在机动车的所提到的角部传感器中的应用变得有利。平均的最小值的下降可以通过连接元件12a、12b的以上所提到的尺寸确定来实现。图7在划虚线的变化曲线中示出图6的辐射特性的类似的变化曲线并且在实线的变化曲线中示出图5的组合天线的辐射特性的变化曲线。在这里，也看到，分别两个主最大值构造在大约+45°处和在大约-45°处，所述两个主最大值大致实现雷达传感器的大约90°的照射。
图8示出用于制造天线装置100的一种实施方式的原理性的流程图。
在步骤300中，执行第一天线组20的串行地连接的、限定数目的平面天线元件10在衬底1上的布置。
在步骤310中，执行第二天线组30的串行地连接的、限定数目的平面天线元件10在衬底1上的布置。
在步骤320中，执行分别在中间与两个天线组20、30连接的馈送线路12在衬底1上的布置，其中，如此构造天线组20、30和馈送线路12，使得可以将相对于第二天线组30移相180度的馈送信号输送给第一天线组20、30。
概括地，借助本发明提出一种天线装置和一种用于制造用于雷达传感器的天线装置的方法，借此可以实现一种尤其待应用在机动车的角部区域中的、具有限定的辐射特性的、稳健的雷达传感器。
尽管在前面根据具体的实施方式描述了本发明，但本发明绝不限于此。因此，本领域技术人员将实现在前面也未实现的或者部分地公开的实施方式，而不偏离本发明的核心。

Claims (9)

1.一种用于雷达传感器(200)的天线装置(100)，所述天线装置具有：
布置在衬底(1)的表面上的至少一个第一天线组(20)，所述至少一个第一天线组具有串行连接的、限定数目的平面天线元件(10)；
布置在所述衬底(1)的表面上的至少一个第二天线组(30)，所述至少一个第二天线组具有串行连接的、限定数目的平面天线元件(10)；
馈送线路(12)，所述馈送线路分别在中间与所述两个天线组(20，30)连接；
其中，借助所述馈送线路(12)能够将馈送信号如此馈入到所述天线组(20，30)中，使得相对于所述第二天线组(30)移相180度的馈送信号能够输送给所述第一天线组(20)。
2.根据权利要求1所述的天线装置(100)，其特征在于，所述两个天线组(20，30)关于所述馈送线路(12)相对彼此在功能上点对称地构造。
3.根据权利要求1或2所述的天线装置(100)，其特征在于，
所述第一天线组(20)具有第一天线半组(20a)和第二天线半组(20b)；
所述第二天线组(30)具有第一天线半组(30a)和第二天线半组(30a)；
在所述第一天线组(20)的所述第二天线半组(20b)中布置有移相元件(11)；
在所述第二天线组(30)的所述第一天线半组(30a)中布置有移相元件(11)；以及
借助相应的一个连接元件(12a，12b)，所述馈送线路(12)与所述第一天线组(20)的第一和第二天线半组(20a，20b)的连接点连接并且与所述第二天线组(30)的所述第一和第二天线半组(30a，30b)的连接点连接。
4.根据权利要求3所述的天线装置(100)，其特征在于，所述馈送线路(12)的连接元件(12a，12b)相对于所述天线组(20，30)不对称地构造。
5.根据以上权利要求中任一项所述的天线装置(100)，其具有限定数目的另外的天线组(40...70)，其中，具有相应的两个另外的天线组(40，50，60，70)的分组分别与所述天线组(20，30)中的至少一个连接。
6.根据权利要求5所述的天线装置(100)，其特征在于，一定数目的、与所述第一天线组(20)连接的另外的天线组(40，50)等同于一定数目的、与所述第二天线组(30)连接的另外的天线组。
7.一种用于制造用于雷达传感器(200)的天线装置(100)的方法，所述方法具有以下步骤：
将第一天线组(20)的串行地连接的、限定数目的平面天线元件(10)布置在所述衬底(1)上；
将第二天线组(30)的串行地连接的、限定数目的平面天线元件(10)布置在所述衬底(1)上；以及
将分别在中间与所述两个天线组(20，30)连接的馈送线路(12)布置在所述衬底(1)上，其中，如此构造所述天线组(20，30)和所述馈送线路(12)，使得能够将相对于所述第二天线组(30)移相180度的馈送信号输送给所述第一天线组(20)。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，关于所述馈送线路(12)相对彼此在功能上点对称地布置所述两个天线组(20，30)。
9.一种根据权利要求1至6中任一项所述的天线装置(100)的应用，其用于雷达传感器(200)中。
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