CN109193179A - 窄波束、宽测量范围的水平空域划分阵列天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种阵列天线，包括：至少三个多列天线；每个所述多列天线包括多个单列天线；所述阵列天线还包括与所述多列天线对应设置的多个馈电网络；其中，每个所述馈电网络改变对应的多列天线的相移量，使所述阵列天线的主瓣方向指向设计方位。上述阵列天线天线，在微带串馈阵列天线的理论的基础上，结合波束合成原理，在阵元间插入不同的相移量，使主波束方向偏向制定方位，以实现窄波束、宽测量范围水平空域划分阵列天线。

Description

窄波束、宽测量范围的水平空域划分阵列天线
技术领域
本发明涉及天线，特别涉及车载毫米波防撞雷达阵列天线。
背景技术
随着汽车行业的飞速发展，传统的汽车行业的发展已经慢慢的遇到瓶颈。而现代社会汽车用户越来越关注汽车舒适性体验需求，对舒适驾驶的要求也越来越高，这就给汽车行业指引了新的发展方向，同时也促进了汽车电子行业的发展，尤其是智能驾驶这一领域，越来越受到大家的关注。近年中国高速公路发展迅速，交通事故随之频繁发生。那么智能驾驶的研发就显得尤为重要和紧迫。据交通事故数据发现，80％以上的公路交通事故都是因为驾驶员没有反应时间，操作不及时导致的。另有研究表明：若驾驶员可以在事故前1～2秒钟做出相应的防范操作，则可避免大部分交通事故。要实现智能主动安全驾驶，就需要对车周围的环境进行精确感知，而智能驾驶的基础就是汽车环境感知传感器，现在环境感知传感器主要有：超声波雷达、激光雷达、图像视觉传感器、毫米波雷达。环境感知传感器的作用就是对车周围的目标进行精确探测与识别以及跟踪，从而实现整车根据环境状态进行预判和操作。在上述环境感知传感器中，毫米波车载雷达传感器由于其较强的环境适应性，可在雨天、雾、黑夜等环境下较强的穿透性以及较高的目标鉴别能力等优点，受到业内认识的重视，越来越多的人从事这方面进行研究和开发。
车载毫米波雷达作为汽车环境感知传感器，其主要作用就是探测车周围目标物体的相关参数。主要探测目标物体速度、距离、方位，运动方向、运动状态，更详细就是探测目标物体的类别(如人、车、垃圾桶、树、广告牌等)。
传统技术存在以下技术问题：
目标物体的速度、距离运动方向、运动状态等属性很容获取的。但是方位和目标物体的类别则是比较难实现的，也是目前需要解决的。如果要对目标物体进行准确定位，则需要较窄的波束和较低的副瓣电平天线，而副瓣电平和波束宽度又是相互矛盾的，即当副瓣电平低时，波束宽度相对较宽，波束宽度较窄时，副瓣电平又会高，此其一。其二，为了获得目标物体更精确的方位信息，需要将天线的波束宽度设计的更窄，副瓣电平更低。但是当波束宽度窄时，雷达系统的测量范围就会变小，出现较大的盲区，不利于雷达系统对车外环境的全方位感知。这两个矛盾点是现阶段车载毫米波雷达急需解决的问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种窄波束、宽测量范围的水平空域划分阵列天线，在微带串馈阵列天线的理论的基础上，结合波束合成原理，在阵元间插入不同的相移量，使主波束方向偏向制定方位，以实现窄波束、宽测量范围水平空域划分阵列天线。
一种阵列天线，包括：至少三个多列天线；每个所述多列天线包括多个单列天线；所述阵列天线还包括与所述多列天线对应设置的多个馈电网络；其中，每个所述馈电网络改变对应的多列天线的相移量，使所述阵列天线的主瓣方向指向设计方位。
在另外的一个实施例中，所述馈电网络是微带馈电网络。
在另外的一个实施例中，所述馈电网络是波导馈电网络。
在另外的一个实施例中，所述馈电网络是平面波导馈电网络。
在另外的一个实施例中，所述馈电网络是带状线等功分器馈电网络。
一种阵列天线，包括：第一多列天线、第二多列天线和第三多列天线；其中，所述第一多列天线是M1列N1多列天线，所述第二多列天线是M2列N2多列天线，所述第三多列天线是M3列N3多列天线；所述阵列天线还包括与所述第一多列天线、第二多列天线和第三多列天线分别对应设置的第一馈电网络、第二馈电网络和第三馈电网络；其中，所述第一馈电网络、第二馈电网络和第三馈电网络分别改变对应的第一多列天线、第二多列天线和第三多列天线的相移量，使所述阵列天线的主瓣方向指向设计方位；其中，M1、N1、M2、N2、M3和N3都是正整数。
一种阵列天线，包括：第一多列天线、第二多列天线和第三多列天线；其中，所述第一多列天线是4列X16多列天线，所述第二多列天线是8列X16多列天线，所述第三多列天线是4列X16多列天线；所述阵列天线还包括与所述第一多列天线、第二多列天线和第三多列天线分别对应设置的第一馈电网络、第二馈电网络和第三馈电网络；其中，所述第一馈电网络、第二馈电网络和第三馈电网络分别改变对应的第一多列天线、第二多列天线和第三多列天线的相移量，使所述阵列天线的主瓣方向指向设计方位。
在另外的一个实施例中，所述馈电网络是微带馈电网络。
在另外的一个实施例中，所述馈电网络是波导馈电网络。
在另外的一个实施例中，所述馈电网络是平面波导馈电网络。
在另外的一个实施例中，所述馈电网络是带状线等功分器馈电网络。
上述阵列天线，在微带串馈阵列天线的理论的基础上，结合波束合成原理，在阵元间插入不同的相移量，使主波束方向偏向制定方位，以实现窄波束、宽测量范围水平空域划分阵列天线。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种阵列天线的原理示意图。
图2为本申请实施例提供的一种阵列天线中的馈电网络示意图。
图3为本申请实施例提供的一种阵列天线中的1×16元多列天线模型的示意图。
图4为本申请实施例提供的一种阵列天线中的1×16元多列天线的2D方向图。
图5为本申请实施例提供的一种阵列天线中的1×16元多列天线的3D方向图。
图6为本申请实施例提供的一种阵列天线中的4×16元多列天线模型的示意图。
图7为本申请实施例提供的一种阵列天线中的4×16元多列天线的2D方向图。
图8为本申请实施例提供的一种阵列天线中的4×16元多列天线的3D方向图。
图9为本申请实施例提供的一种阵列天线中的8×16元多列天线模型的示意图。
图10为本申请实施例提供的一种阵列天线中的8×16元多列天线的2D方向图。
图11为本申请实施例提供的一种阵列天线中的8×16元多列天线的3D方向图。
图12为本申请实施例提供的一种阵列天线的2D方向图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合本方案的具体实施案例来进行详细说明：本方案采用4×16元、8×16元、4×16元的三波束多列天线。三波束天线标记为左、中、右多列天线。其参数如下：
(1)左、右多列天线：4列×16元；
中间阵列：8列×16元；
(2)多列天线增益：左、右多列天线增益：≥15dB；
中间多列天线增益：≥18dB；
(3)水平波束宽度：左右波束：≤30°；中间波束：≤18°；
(4)垂直波束宽度：≤10°；
(5)水平测量范围：≥40°；
阵列天线主瓣顶点水平偏移的实现：为了实现波束不同指向并且总覆盖范围大于40度，根据各波束的水平波束宽度，设定左侧波束需要水平方向顶点向左偏移7.5°，右侧波束水平方向顶点向右偏移7.5°从而覆盖左侧空间范围和右侧空间覆盖。由波束合成原理基本公式，其中d＝2.3mm为天线间距离，为单列天线间的相位差，为多列天线的主瓣水平偏移量，计算出天线间需要设计相移差可以实现波束水平顶点左右偏移7.5度。此相位差通过馈电网络来实现。如图2所示，可以理解，图2只是一种可能的馈电网络的实现方式。
阵列天线主瓣水平偏移量的取决是单列天线间的相位差，其值决定了偏移量的大小。为了使得波束间不产生盲区，需要根据多列天线的波束宽度合理设计主瓣水平偏移量。
本方案的设计效果：
(1)1×16元阵列方向图性能参数：
参阅图3、图4和图5，可得到1×16元多列天线的性能参数，见表1。
(2)4×16元阵列方向图性能参数：
参阅图6、图7和图8，4×16元多列天线的性能参数，见表2。
(3)8×16元阵列方向图性能参数：
参阅图9、图10和图11，8×16元多列天线的性能参数，见表3。
(4)三波束合成多列天线性能参数
图12三波束多列天线水平方向2D方向图。
导出最优的设计模型，设计工程文件，然后进行实际测试，其理论仿真数据和实际测试结果见表4。
表4理论仿真数据和实际测试结果
从合成的方向图中可得出：三波束的波束宽度分别为30°、15°、30°，而三波束阵列天线水平覆盖范围48°。且左右波束偏离中心约8°，左右多列天线增益15.6dBi，中间多列天线增益19.4dB。从图中可知，左右多列天线波束分别指向两侧，可实现窄波束宽范围探测；中间波束增益19.4dB，进行远距离探测，两侧多列天线增益15.6dBi，可进行近、中距的探测，从而实现中远全距离覆盖。
本方案采用多列天线技术以及波束合成原理，实现三波束水平空域划分阵列天线，从而实现了窄波束、宽测量范围阵列天线技术方案。为车载毫米波防撞雷达技术单雷达窄波束、宽范围、中远距离的实现提供基础，并在降低毫米波雷达系统的成本。
以上对本发明提供的阵列做了详细的描述，还有以下几点需要说明：
本方案窄波束、宽测量范围水平空域划分多列天线的实施，其关键点是单列多列天线间的相位差β。所以本方案的变化点为：
(1)水平空域划分，根据天线的安装可以实现垂直或其他平面；
(2)阵列天线主瓣偏移量，可根据实际要求进行调整；
(3)利用馈电网络进行相位延迟的实现是多种方式，如：微带馈电网络、波导馈电网络、平面波导馈电网络(SIW)、带状线等功分器馈电网络。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种阵列天线，其特征在于，包括：至少三个所述多列天线；每个所述多列天线包括多个单列天线；所述阵列天线还包括与所述多列天线对应设置的多个馈电网络；其中，每个所述馈电网络改变对应的多列天线的相移量，使所述阵列天线的主瓣方向指向设计方位。
2.根据权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，所述馈电网络是微带馈电网络。
3.根据权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，所述馈电网络是波导馈电网络。
4.根据权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，所述馈电网络是平面波导馈电网络。
5.根据权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，所述馈电网络是带状线等功分器馈电网络。
6.一种阵列天线，其特征在于，包括：第一多列天线、第二多列天线和第三多列天线；其中，所述第一多列天线是M1列N1多列天线，所述第二多列天线是M2列N2多列天线，所述第三多列天线是M3列N3多列天线；所述阵列天线还包括与所述第一多列天线、第二多列天线和第三多列天线分别对应设置的第一馈电网络、第二馈电网络和第三馈电网络；其中，所述第一馈电网络、第二馈电网络和第三馈电网络分别改变对应的第一多列天线、第二多列天线和第三多列天线的相移量，使所述阵列天线的主瓣方向指向设计方位；其中，M1、N1、M2、N2、M3和N3都是正整数。
7.根据权利要求6所述的阵列天线，其特征在于，所述馈电网络是微带馈电网络。
8.根据权利要求6所述的阵列天线，其特征在于，所述馈电网络是波导馈电网络。
9.根据权利要求6所述的阵列天线，其特征在于，所述馈电网络是平面波导馈电网络。
10.根据权利要求6所述的阵列天线，其特征在于，所述馈电网络是带状线等功分器馈电网络。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111276799A (zh) * 2019-12-19 2020-06-12 北京无线电计量测试研究所 一种雷达天线装置和优化方法
CN114006162A (zh) * 2021-11-09 2022-02-01 中汽创智科技有限公司 一种车载雷达天线及车辆

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5579019A (en) * 1993-10-07 1996-11-26 Nippon Steel Corporation Slotted leaky waveguide array antenna
JP2008005164A (ja) * 2006-06-21 2008-01-10 Murata Mfg Co Ltd アンテナ装置およびレーダ
CN101320846A (zh) * 2008-06-24 2008-12-10 东南大学 基片集成波导多波束智能天线
CN102931497A (zh) * 2011-08-02 2013-02-13 株式会社本田艾莱希斯 天线装置
CN104067143A (zh) * 2011-09-09 2014-09-24 阿斯泰克斯有限责任公司 具有窄天线波瓣和宽的角探测范围的成像雷达传感器
US20140375525A1 (en) * 2013-06-24 2014-12-25 Delphi Technologies, Inc. Antenna with fifty percent overlapped subarrays
CN106972244A (zh) * 2017-02-28 2017-07-21 惠州硕贝德无线科技股份有限公司 一种车载雷达阵列天线
CN107112623A (zh) * 2016-11-24 2017-08-29 深圳市大疆创新科技有限公司 天线组件及无人飞行器
CN107526063A (zh) * 2016-06-20 2017-12-29 株式会社万都 雷达设备和处理雷达信号的方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5579019A (en) * 1993-10-07 1996-11-26 Nippon Steel Corporation Slotted leaky waveguide array antenna
JP2008005164A (ja) * 2006-06-21 2008-01-10 Murata Mfg Co Ltd アンテナ装置およびレーダ
CN101320846A (zh) * 2008-06-24 2008-12-10 东南大学 基片集成波导多波束智能天线
CN102931497A (zh) * 2011-08-02 2013-02-13 株式会社本田艾莱希斯 天线装置
CN104067143A (zh) * 2011-09-09 2014-09-24 阿斯泰克斯有限责任公司 具有窄天线波瓣和宽的角探测范围的成像雷达传感器
US20140375525A1 (en) * 2013-06-24 2014-12-25 Delphi Technologies, Inc. Antenna with fifty percent overlapped subarrays
CN107526063A (zh) * 2016-06-20 2017-12-29 株式会社万都 雷达设备和处理雷达信号的方法
CN107112623A (zh) * 2016-11-24 2017-08-29 深圳市大疆创新科技有限公司 天线组件及无人飞行器
CN106972244A (zh) * 2017-02-28 2017-07-21 惠州硕贝德无线科技股份有限公司 一种车载雷达阵列天线

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LI WEI等: "Actual deviation correction based on weight improvement for 10-unit Dolph–Chebyshev array antennas", 《SPRINGER》 *
WEI LI等: "Design of horizontal airspace dividing radar antenna array", 《SPRINGER》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111276799A (zh) * 2019-12-19 2020-06-12 北京无线电计量测试研究所 一种雷达天线装置和优化方法
CN111276799B (zh) * 2019-12-19 2022-07-08 北京无线电计量测试研究所 一种雷达天线装置和优化方法
CN114006162A (zh) * 2021-11-09 2022-02-01 中汽创智科技有限公司 一种车载雷达天线及车辆

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