CN109462042A - 一种汽车防碰撞雷达阵列天线及设有该阵列天线的电路板 - Google Patents

Abstract

本发明属于雷达技术领域，公开了一种汽车防碰撞雷达阵列天线，包括至少一个发天线及至少两个收天线，所述发天线内设有发送阵列及发送功分器，所述收天线内设有接收阵列及接收功分器；本发明还公开一种设有阵列天线的电路板，包括汽车防碰撞雷达阵列天线，汽车防碰撞雷达阵列天线设于一介质板。本发明能够提供高的天线增益，波束覆盖无盲区、宽测角范围和低旁瓣。

Description

一种汽车防碰撞雷达阵列天线及设有该阵列天线的电路板

技术领域

本发明属于雷达技术领域，具体涉及一种汽车防碰撞雷达阵列天线及设有该阵列天线的电路板。

背景技术

24GHz毫米波雷达用于汽车前向防碰撞，需要探测本车道前方目标和近距离意图进入车道的移动目标，远距离探测距离120m，短距离探测角度±40°，距离25m。根据丁鹭飞主编的书籍《雷达原理》中得知，雷达作用距离与收发天线增益相关。角度测量一般使用多接收天线相位法，相位差与测量角度θ关系为

其中λ为雷达波长，d为直线阵列阵间距，角度测量范围与阵间距有关。

为了达到雷达同时作用远距离和宽波束覆盖，以前的发天线解决方案使用两副天线，一副多个直线阵列天线进行功率合成，高增益波束窄，另一副使用单个直线阵列天线，增益低但波束宽，两副天线使用电子开关切换轮流工作，增加了检测时间、硬件成本和软件处理难度。收天线为了保证作用距离，需要高的天线增益，微带天线阵列尺寸加大，导致两幅收阵列天线的阵间距变大，产生2π模糊影响了角度测量范围。而采用单个直线阵列天线，阵间距λ/2可以满足测角范围，但增益低，波束宽，导致检测目标增多，增加运算量和处理复杂度。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种汽车防碰撞雷达阵列天线及设有该雷达阵列天线的电路板，其能够提供高的天线增益，波束覆盖无盲区、宽测角范围和低旁瓣。

本发明所采用的技术方案为：

一种汽车防碰撞雷达阵列天线，包括至少一个发天线及至少两个收天线，所述发天线内设有发送阵列及发送功分器，所述收天线内设有接收阵列及接收功分器。

优选地，所述发天线包括至少六个发送阵列及至少五个发送功分器，至少六个所述发送阵列并排设置，至少五个所述发送功分器相互连接形成树形拓扑结构的馈电网络。

优选地，所述收天线包括至少五个接收阵列、至少六个功率合成器及至少三个功率分配器，至少五个所述接收阵列并排设置，至少六个所述功率分配器与至少三个所述功率合成器相互连接形成两个相互对称的馈电网络及接收波束输出。

优选地，至少五个所述接收阵列中每两个相邻的接收阵列的阵间距为λ/2。

优选地，所述发送阵列或者所述接收阵列的阵元数量至少为十个。

优选地，所述阵元的电流分布符合维伦纽夫函数分布。

一种设有阵列天线的电路板，包括上述的汽车防碰撞雷达阵列天线，所述汽车防碰撞雷达阵列天线设于一介质板上；所述汽车防碰撞雷达阵列天线包括一个发天线及两个收天线，所述发天线内设有发送阵列及发送功分器，所述收天线内设有接收阵列及接收功分器。

优选地，所述发天线与所述收天线均设于所述介质板的一层，所述发送功分器及所述接收功分器均设于所述介质板背离所述发天线或者收天线的一层。

优选地，所述介质板包括层叠为一体的厚度为0.5oz的铜、型号为RO4350B，厚度为0.25mm的高频板及RO 4450F，厚度为0.2mm的高频板。

本发明的有益效果为：

1、在本发明中，使用至少一个发天线与至少两个收天线微带阵列天线实现相位法测角。发天线内设有发送功分器，收天线内设有接收功分器，实现零点填充赋型波束，能够在法向方向上增强发天线的增益，波束覆盖无盲区，旁瓣低。

2、在本发明中，收天线每两个相邻的接收阵列的阵间距为λ/2，通过功率合成器和功率分配器将接收阵列天线信号合成二路相同接收波束输出，二路接收波束输出信号在测角应用中，阵间距还是以λ/2计算，提高了收天线接收增益的同时保证了±90°的测角范围。

3、在本发明中，接收阵列或者发送阵列均均使用十个阵元贴片单元，波束±5°，并且使用维伦纽夫函数对各贴片激励幅度加权降低旁瓣，能够减少地面、桥梁和路面标识影响。

4、在本发明中，设有雷达的电路板上设有的汽车防碰撞雷达阵列天线采用固定数量的发天线与收天线，能够在保证汽车防碰撞雷达阵列天线起到最佳检测效果的前提下实现电路板体积小，灵活安装的效果。

附图说明

图1为本发明一较佳实施方式中汽车防碰撞雷达阵列天线的结构示意图。

图2为设有阵列天线的电路板的俯视图。

图3为设有阵列天线的电路板的底视图。

图4为设有阵列天线的电路板的剖视图。

图5为发天线馈电网络示意图。

图6为发天线方向图。

图7为收天线馈电网络示意图。

图8为收天线方向图。

附图中，1-发天线、11-发送阵列、111-第一功分器、112-第二功分器、113-第三功分器、114-第四功分器、115-第五功分器、2-收天线、201-第一接收阵列馈点、202-第二接收阵列馈点、203-第三接收阵列馈点、204-第四接收阵列馈点、205-第五接收阵列馈点、21-接收阵列、211-第一功率合成器、212-第二功率合成器、213-第三功率合成器、214-第一功率分配器、215-第二功率分配器、216-第四功率合成器、217-第五功率合成器、218-第六功率合成器、219-第三功率分配器、220-微带线、3-介质板、31-天线层、32-金属层、33-第一介质层、34-第二介质层、35-功率分配器层、36-信号通孔、37-地过孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

参见图1，本发明一较佳实施方式提供一种汽车防碰撞雷达阵列天线，包括一个发天线1及两个收天线2，所述发天线1内设有发送阵列11及发送功分器，所述收天线2内设有接收阵列21及接收功分器。使用一个发天线1与两个收天线2微带阵列天线实现相位法测角。

就本领域而言，功分器是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件，此时称为功率分配器；也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时可也称为功率合成器，起到功能依具体场合而定。在本实施方式中，发送功分器及接收功分器均采用威尔金森功分器，其中发送功分器的的数量为五个，其作用均为功率分配器；接收功分器按功能分配包括六个功率合成器和三个功率分配器。

发天线1内设有发送功分器，能够在法向方向上增强发天线1的增益，波束覆盖无盲区，旁瓣低；收天线2内设有接收阵列21、功率分配器及功率合成器，通过合理分配幅度相位，达到天线增益高、波束覆盖无盲区、测角范围宽和旁瓣低的目的。

参见图2至图4，本实施方式还提供一种设有阵列天线的电路板，本实施方式还提供一种设有阵列天线的电路板，包括汽车防碰撞雷达阵列天线，所述汽车防碰撞雷达阵列天线设于一介质板3上。所述介质板3包括天线层31、金属层32、第一介质层33、第二介质层34及功率分配器层35，介质板3包括七层，由上至下的层级为：天线层31、第一介质层33、金属层32、第二介质层34、金属层32、第一介质层33及功率分配器层35。介质板3的天线层31至功率分配器层35贯通设有信号通孔36与地过孔37。发送阵列11、接收阵列21均设于所述天线层31，发送功分器及接收功分器均设于所述功率分配器层35，发送阵列11和接收阵列21通过信号通孔36分别与发送功分器和接收功分器相连接，地过孔37设于信号通孔36周围，同时与金属层32连接。

其中，天线层31、金属层32及功率分配器层35的材质均为厚度为0.5oz的铜箔，第一介质层33为型号为RO 4350B，厚度为0.25mm的高频板，第二介质层34为型号为RO 4450F，厚度为0.2mm的高频板。

在本实施方式中，如图5及图6所示，所述发天线1包括六个发送阵列11及五个功率分配器。六个所述发送阵列11并排设置，五个所述功率分配器相互连接形成树形拓扑结构的馈电网络，具体为：五个功率分配器分别为第一功分器111、第二功分器112、第三功分器113、第四功分器114及第五功分器115，24GHz频率的电流信号传入第一功分器111，第一功分器111设有两个输出发射端，两个输出发射端分别通过微带线220连接两路发送功率功分器；其中一输出发射端通过微带线220连接第二功分器112，第二功分器112的其中一输出发射端形成第一发送阵列馈点，另一输出发射端通过微带线220连接第三功分器113，第三功分器113的两个输出发射端分别形成第二发送阵列馈点与第三发送阵列馈点；第一功分器111的另一输出发射端通过微带线220连接第四功分器114，第四功分器114的其中一输出发射端形成第四发送阵列馈点，另一发输出射端通过微带线220连接第五功分器115，第五功分器115的两个输出发射端分别形成第五发送阵列馈点与第六发送阵列馈点。

上述五个所述功率分配器形成树形拓扑结构，能够调整发送阵列11的幅度和相位，使本发天线1实现零点填充赋型波束，远距离波束窄增益高，近距离波束宽增益低，±40°覆盖区域无盲区的效果，具体为：图3是发天线方位面方向图，虚线是使用常规幅度加权方法，在±22°和±40°附近形成零点，-40°～-15°和﹢15°～﹢40°区域增益低，实线是使用零点填充技术，对幅度和相位同时加权，明显提高-40°～-15°和﹢15°～﹢40°区域增益，而0°附近增益基本没有变化。使雷达波束覆盖角度范围达±40°，满足汽车雷达探测远近目标距离和角度测量要求。

如图1、图3及图7所示，收天线2包括五个接收阵列21、六个功率合成器及三个功率分配器，五个接收阵列21并排设置于天线层31上，且每两个相邻的接收阵列21的阵间距d为λ/2，五个接收阵列分别形成第一接收阵列馈点201、第二接收阵列馈点202、第三接收阵列馈点203、第四接收阵列馈点204及第五接收阵列馈点205。六个功率合成器与三个功率分配器设置于功率分配器层35上，六个功率合成器与三个功率分配器相互连接形成两个相互对称的馈电网络及接收波束输出，具体为：六个功率合成器分别为第一功率合成器211、第二功率合成器212、第三功率合成器213、第四功率合成器216、第五功率合成器217、第六功率合成器218，三个功率分配器分别为第一功率分配器214、第二功率分配器215和第三功率分配器219。

第一接收阵列馈点201通过微带线220连接第二功率合成器212的第一输入端，第二接收阵列馈点202通过微带线220连接第三功率分配器219的输入端，第三功率分配器219的第一输出端通过微带线220连接第二功率合成器212的第二输入端，第三功率分配器219的第二输出端通过微带线220连接第六功率合成器218的第一输入端，第三接收阵列馈点203通过微带线220连接第二功率分配器215的输入端，第二功率分配器215的第一输出端通过微带线220连接第三功率合成器213的第一输入端，第二功率分配器215的第二输出端通过微带线220连接第六功率合成器218的第二输入端，第四接收阵列馈点204通过微带线220连接第一功率分配器214的输入端，第一功率分配器214的第一输出端通过微带线220连接第三功率合成器213的第二输入端，第一功率分配器214的第二输出端通过微带线220连接第五功率合成器217的第一输入端，第五接收阵列馈点205通过微带线220连接第五功率合成器217的第二输入端。

第二功率合成器212的输出端通过微带线220连接第一功率合成器211的第一输入端，第三功率合成器213的输出端通过微带线220连接第一功率合成器211的第二输入端，将第一功率合成器211的输出端作为接收波束1输出。

第六功率合成器218的输出端通过微带线220连接第五功率合成器216的第一输入端，第五功率合成器217的输出端通过微带线220连接第四功率合成器216的第二输入端，将第四功率合成器216的输出端作为接收波束2输出。

上述设置能够实现角度测量范围覆盖±90°且雷达±40°覆盖区域无盲区，具体为：如图8所示，其为接收天线波束方位面和俯仰面方向图。L1曲线是方位面方向图，在±40°内，增益缓慢下降，保证了±40°时的接收增益，满足汽车雷达探测远近目标距离和角度测量要求。L2曲线是俯仰面方向图，使用维伦纽夫函数幅度加权，实现低旁瓣，减少地面反射而形成杂波干扰。

在本实施方式中，所述发送阵列11或者所述接收阵列21的阵元数量为十个，其采用维伦纽夫函数幅度加权，电流分布依次为：0.46，0.57，0.74，0.91，1，1，0.91，0.74，0.57，0.46，采用此幅度加权能够降低旁瓣。

可以理解，发天线1的数量不限于本实施方式中的一个，在其他实施方式中，可以至少为一个。

可以理解，送功率分配器及接收功分器不限于本实施方式中的威尔金森功分器，在其他实施方式中，可以为其他形式的功率合成器。

本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (9)

1.一种汽车防碰撞雷达阵列天线，其特征在于：包括至少一个发天线(1)及至少两个收天线(2)，所述发天线(1)内设有发送阵列(11)及发送功分器，所述收天线(2)内设有接收阵列(21)及接收功分器。

2.如权利要求1所述的汽车防碰撞雷达阵列天线，其特征在于：所述发天线(1)包括至少六个发送阵列(11)及至少五个发送功分器，至少六个所述发送阵列(11)并排设置，至少五个所述发送功分器相互连接形成树形拓扑结构的馈电网络。

3.如权利要求1所述的汽车防碰撞雷达阵列天线，其特征在于：所述收天线(2)包括至少五个接收阵列(21)、至少六个功率合成器及至少三个功率分配器，至少五个所述接收阵列(21)并排设置，至少六个所述功率分配器与至少三个所述功率合成器相互连接形成两个相互对称的馈电网络及接收波束输出。

4.如权利要求3所述的汽车防碰撞雷达阵列天线，其特征在于：至少五个所述接收阵列(21)中每两个相邻的接收阵列(21)的阵间距为λ/2。

5.如权利要求1所述的汽车防碰撞雷达阵列天线，其特征在于：所述发送阵列(11)或者所述接收阵列(21)的阵元数量至少为十个。

6.如权利要求5所述的汽车防碰撞雷达阵列天线，其特征在于：所述阵元的电流分布符合维伦纽夫函数分布。

7.一种设有阵列天线的电路板，其特征在于：包括权利要求1至6之一所述的汽车防碰撞雷达阵列天线，所述汽车防碰撞雷达阵列天线设于一介质板(3)上；所述汽车防碰撞雷达阵列天线包括一个发天线(1)及两个收天线(2)，所述发天线(1)内设有发送阵列(11)及发送功分器，所述收天线(2)内设有接收阵列(21)及接收功分器。

8.如权利要求7所述的设有阵列天线的电路板，其特征在于：所述发天线(1)与所述收天线(2)均设于所述介质板(3)的一层，所述发送功分器及所述接收功分器均设于所述介质板(3)背离所述发天线(1)或者收天线(2)的一层。

9.如权利要求8所述的设有阵列天线的电路板，其特征在于：所述介质板(3)包括层叠为一体的厚度为0.5oz的铜、型号为RO 4350B，厚度为0.25mm的高频板及RO 4450F，厚度为0.2mm的高频板。