CN109669174A - 一种雷达天线系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种雷达天线系统，该雷达天线系统包括：天线罩、位于天线罩内的处理模块和至少一个微带天线组，微带天线组包括分别与处理模块电连接的发射馈源和接收馈源，接收馈源包括n列接收微带天线，接收微带天线具有第一端和第二端，每列接收微带天线的第一端均与处理模块电连接，任意相邻两列接收微带天线的第二端不平齐，发射馈源用于发送发射天线信号以使目标物体根据发射天线信号反馈回波信号，接收微带天线用于接收目标物体反馈的回波信号，处理模块用于处理n列接收微带天线的回波信号以得到目标物体的俯仰角，n大于或等于4。本发明提供的雷达天线系统具有俯仰测角功能。

Description

一种雷达天线系统
技术领域
本发明实施例涉及汽车安全控制技术领域，尤其涉及一种雷达天线系统。
背景技术
在目前的辅助驾驶应用中，毫米波雷达传感器因为其成本适中、环境适应性强以及远距离探测能力较好而成为主流探测传感器之一。车载毫米波雷达产品的工作频段目前主要包括24GHz和77GHz，77GHz主要应于远距离探测，如Continental的ARS 408-21、Delphi的ESR都具备近距离宽视场和远距离探测能力。但是它们都只能测量物体在方位角方向上的角度，即所谓的三维雷达(只有测距，测速，方位测角能力)，较难把测出的目标识别出来。
发明内容
本发明提供一种雷达天线系统，以使雷达具有俯仰测角功能。
本发明实施例提供了一种雷达天线系统，包括：
天线罩；
位于所述天线罩内的处理模块和至少一个微带天线组，所述微带天线组包括分别与所述处理模块电连接的发射馈源和接收馈源，所述接收馈源包括n列接收微带天线，所述接收微带天线具有第一端和第二端，每列所述接收微带天线的第一端均与所述处理模块电连接，任意相邻两列所述接收微带天线的第二端不平齐，所述发射馈源用于发送发射天线信号以使目标物体根据所述发射天线信号反馈回波信号，所述接收微带天线用于接收所述目标物体反馈的回波信号，所述处理模块用于处理所述n列接收微带天线的回波信号以得到所述目标物体的俯仰角，n大于或等于4。
可选的，所述发射馈源包括至少一列发射微带天线，每列所述发射微带天线均与所述处理模块电连接。
可选的，所述微带天线组中，所述发射馈源和所述接收馈源沿所述接收微带天线的列方向排布。
可选的，所述雷达天线系统包括多个微带天线组，所述多个微带天线组沿第一方向排布，所述第一方向与所述天线罩所在平面平行且与所述接收微带天线的列方向垂直。
可选的，所述天线罩包括柱面透镜和与所述柱面透镜连接的平面天线罩；
所述柱面透镜的下剖面一侧对应设置有至少一个所述微带天线组，所述平面天线罩内对应设置有至少一个所述微带天线组，所述微带天线组中微带天线的列方向平行于所述柱面透镜的轴向方向。
可选的，所述柱面透镜的下剖面与所述平面天线罩通过粘合剂压合连接。
可选的，所述柱面透镜与所述平面天线罩一体成型。
可选的，所述柱面透镜的准线为抛物线或半圆。
可选的，所述天线罩的材料的介电常数为2.5-3。
可选的，所述处理模块包括至少一个发射芯片和至少一个接收芯片，所述发射芯片与至少一个所述发射馈源电连接，所述接收芯片与所述接收馈源一一对应设置并电连接。
可选的，所述接收微带天线为串馈微带天线。
本发明通过在天线罩内设置n列接收微带天线，每列接收微带天线的第一端与处理模块电连接，任意相邻两列接收微带天线的第二端不平齐，以使相邻的接收微带天线接收到的同一目标的回波信号具有相位差；处理模块对n列接收微带天线接收到回波信号进行处理，能够通过解析相位差得到目标的俯仰角，从而解决了现有技术中雷达不能测俯仰角的问题，实现雷达对目标物体的俯仰测角功能。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种雷达天线系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种雷达天线系统的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种天线罩的俯视结构示意图；
图4为本发明实施例提供的天线罩的纵切面结构示意图；
图5为本发明实施例提供的接收微带天线在方位面的波束方向的仿真示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1为本发明实施例提供的一种雷达天线系统的结构示意图，参考图1所示，本发明实施例提供的雷达天线系统包括：天线罩11、位于天线罩11内的处理模块12和至少一个微带天线组13，微带天线组13包括分别与处理模块12电连接的发射馈源131和接收馈源132，接收馈源132包括n列接收微带天线1321，接收微带天线1321具有第一端13211和第二端13212，每列接收微带天线1321的第一端13211均与所述处理模块12电连接，任意相邻两列接收微带天线1321的第二端13212不平齐，发射馈源131用于发送发射天线信号以使目标物体根据发射天线信号反馈回波信号，接收微带天线1321用于接收目标物体反馈的回波信号，处理模块12用于处理n列接收微带天线1321的回波信号以得到所述目标物体的俯仰角，n大于或等于4。
具体的，雷达天线系统工作时，发射馈源131向空中发送发射天线信号，发射天线信号经过目标物体的反射会反馈回波信号，则接收微带天线1321会接收到目标物体反馈的回波信号。设置雷达天线系统时，使n列接收微带天线1321垂直于地面，相邻的接收微带天线1321在俯仰方向上交错排布，以使相邻的接收微带天线1321接收到的同一目标的反射的回波信号具有相位差，处理模块对n列接收微带天线1321接收到回波信号进行处理，通过解析每列接收微带天线1321接收到的回波信号之间的相位差，得到目标物体的俯仰角。
本发明实施例的技术方案，通过在天线罩内设置n列接收微带天线，每列接收微带天线的第一端与处理模块电连接，任意相邻两列接收微带天线的第二端不平齐，以使相邻的接收微带天线接收到的同一目标的回波信号具有相位差；处理模块对n列接收微带天线接收到回波信号进行处理，能够通过解析相位差得到目标的俯仰角，从而解决了现有技术中雷达不能测俯仰角的问题，实现雷达在俯仰方向上具备测角功能。
可选的，发射馈源131包括至少一列发射微带天线1311，每列发射微带天线1311均与处理模块12电连接。发射微带天线1311的数量可由雷达对方位角探测的实际需求设置，发射微带天线1311的数量越多，雷达可探测的方位角范围越大，发射微带天线1311的数量过多，则会提高雷达天线系统的制造成本，示例性的，发射馈源131包括两列发射微带天线1311。
图2为本发明实施例提供的一种雷达天线系统的结构示意图，参考图2所示，可选的，微带天线组13中，发射馈源131和接收馈源132沿接收微带天线1321的列方向141排布，发射馈源131发射的射频信号经目标物体反射的回波信号由处于同一列的接收馈源132接收。
可选的，雷达天线系统包括多个微带天线组13，多个微带天线组13沿第一方向142排布，第一方向142与天线罩11所在平面平行且与接收微带天线1321的列方向141垂直，多个微带天线组13能够扩展雷达的宽视角探测功能。
图3为本发明实施例提供的一种天线罩的俯视结构示意图，图4为本发明实施例提供的天线罩的纵切面结构示意图，参考图3和图4所示，可选的，天线罩11包括柱面透镜111和与柱面透镜111连接的平面天线罩112，柱面透镜111的平面一侧对应设置有至少一个微带天线组13，平面天线罩112内对应设置有至少一个微带天线组13，微带天线组13中微带天线的列方向平行于柱面透镜111的轴向方向。示例性的，柱面透镜111的平面一侧对应设置一个微带天线组13，平面天线罩112内对应设置一个微带天线组13，由于柱面透镜111具有聚焦的作用，通过采用柱面透镜111与微带天线阵列相结合的方式实现在远视场处方位面的比幅测角功能和俯仰面的比相测角功能，使得与柱面透镜111对应设置的微带天线组13能够探测距离雷达较远的目标物体，实现雷达的远视场探测功能。
本发明实施例采用基于柱面透镜聚集的焦平面阵列凝视成像体制，与机械扫描和多波束电扫描等其他体制相比，不需要伺服设备，在结构上相对简单，可以在不引入任何扫描机构的情况下通过测距、测速、方位测角能力以及俯仰测角能力进一步实现对动态目标的实时追踪。
可选的，柱面透镜111的下剖面与平面天线罩112通过粘合剂压合连接，以使柱面透镜111位于天线罩11的一侧，使得天线罩11易于加工，或者，柱面透镜111与平面天线罩112一体成型，简化制造工艺，使得雷达天线系统小型化、结构紧凑，也便于天线罩的批量生产。
可选的，柱面透镜111的准线为抛物线或半圆，雷达天线系统工作时，柱面透镜111的准线所在平面平行于水平面，柱面透镜111的准线为抛物线能够使得天线罩11的设计更加灵活，准线为半圆便于天线罩11的加工。
可选的，柱面透镜111和平面天线罩112为同一种材料，介电常数为2.5-3，介电常数过小会使柱面透镜111的厚度增加，从而增大射频信号或回波信号在柱面透镜111中传播的衰减程度；介电常数过大，天线罩11的反射率也变大，增大射频信号或回波信号在经过天线罩11的损耗，示例性的，天线罩11材料的介电常数为2.6。
继续参考图2所示，可选的，处理模块12包括至少一个发射芯片121和至少一个接收芯片122，发射芯片121与发射馈源131电连接，接收芯片122与接收馈源132一一对应设置并电连接。
示例性的，雷达天线系统包括两个微带天线组13，分别为第一微带天线组和第二微带天线组，第一微带天线组包括第一发射馈源和第一接收馈源，第二微带天线组包括第二发射馈源和第二接收馈源，第一微带天线组设置在柱面透镜111的平面一侧，第二微带天线组13设置在平面天线罩112一侧。处理模块12包括一个发射芯片121和两个接收芯片122，发射芯片121与第一发射馈源和第二发射馈源电连接，两个接收芯片122分别与第一接收馈源和第二接收馈源一一对应设置并电连接，接收芯片122具有多个接收通道，接收微带天线1321通过馈线分别接入接收芯片122的各个接收通道。其中，发射芯片121用于调制信号，并将调制后的射频信号传输给第一发射馈源和第二发射馈源进行发射，可选的，发射芯片121分时向第一发射馈源和第二发射馈源传输射频信号，以使第一发射馈源和第二发射馈源交替发射射频信号，第一发射馈源发射的射频信号，由第一接收馈源接收；第二发射馈源发射的射频信号，由第二接收馈源接收，从而使得第一微带天线组和第二微带天线组分时探测雷达远视场或近视场的目标物体。接收芯片122用于将接收馈源132接收到的回波信号解调为基带信号，便于后续对信号进行处理。可选的，发射芯片121采用RTN7735芯片，接收芯片122采用RRN7746芯片，一个RTN7735芯片与两个RRN7746芯片级联，RTN7735芯片与第一发射馈源和第二发射馈源电连接，RRN7746芯片包括4个接收通道，能够连接4个接收微带天线1321，从而实现了布局紧凑的两发八收的雷达天线系统。
可选的，接收微带天线1321为串馈微带天线，以使雷达天线系统的结构更加紧凑。
图5为本发明实施例提供的接收微带天线在方位面的波束方向的仿真示意图，参考图2和图5所示，柱面透镜111的平面一侧对应设置的微带天线组13包括接收馈源132，接收馈源132包括4列接收微带天线1321分别为RX1、RX2、RX3和RX4，4列接收微带天线1321与柱面透镜111结合会在水平面上形成四个指向的窄波束，每列接收微带天线1321通过柱面透镜在方位面所形成的波束宽度分别为6°，4列接收微带天线1321通过柱面透镜111在方位面总共覆盖±12°，接收微带天线1321的增益为25dBi，可选的，通过设计柱面透镜111的形状能够使得接收微带天线1321在方位面所形成的波束宽度为5°-7°，若接收馈源132包括4列接收微带天线1321，则4列接收微带天线1321通过柱面透镜111能够在方位面覆盖±10°至±14°。
继续参考图1所示，可选的，本发明实施例提供的雷达天线系统还包括微波电路板14，用于承载微带天线组13和处理模块12，可选的，微波电路板14采用rogers3003板材。
现有的雷达体制(相控阵体制、MIMO体制)较为复杂或功能不全面，本发明实施例提供的雷达天线系统采用微带馈电阵列与柱面透镜相结合的方式，在远场处，通过柱面透镜与微带阵列相结合的方式实现雷达天线系统在方位面的比幅测角功能、在俯仰面的比相测角功能；在近场处，通过发射芯片和接收芯片级联的方式，组成了二发八收的两组微带天线组，实现了雷达天线系统在方位面和俯仰面的比相测角功能，扩展了雷达天线系统近程宽视角探测功能。从而在不提高雷达天线系统的成本、尺寸以及系统复杂性的前提下提升雷达的性能，实现了雷达天线系统近程宽视场俯仰面、方位面的测角功能和远程窄视场俯仰面、方位面的测角功能，以使雷达天线系统具备一定的目标识别能力。
本发明实施例所提供的雷达天线系统可工作在毫米波频段，例如24GHz和77GHz等，毫米波具有穿透雾、烟、灰尘能力强的优势，本发明实施例提供的雷达天线系统也可以工作在其他频段，在此不做限定。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (11)

1.一种雷达天线系统，其特征在于，包括：
天线罩；
位于所述天线罩内的处理模块和至少一个微带天线组，所述微带天线组包括分别与所述处理模块电连接的发射馈源和接收馈源，所述接收馈源包括n列接收微带天线，所述接收微带天线具有第一端和第二端，每列所述接收微带天线的第一端均与所述处理模块电连接，任意相邻两列所述接收微带天线的第二端不平齐，所述发射馈源用于发送发射天线信号以使目标物体根据所述发射天线信号反馈回波信号，所述接收微带天线用于接收所述目标物体反馈的回波信号，所述处理模块用于处理所述n列接收微带天线的回波信号以得到所述目标物体的俯仰角，n大于或等于4。
2.根据权利要求1所述的雷达天线系统，其特征在于，所述发射馈源包括至少一列发射微带天线，每列所述发射微带天线均与所述处理模块电连接。
3.根据权利要求1所述雷达天线系统，其特征在于，所述微带天线组中，所述发射馈源和所述接收馈源沿所述接收微带天线的列方向排布。
4.根据权利要求1所述雷达天线系统，其特征在于，所述雷达天线系统包括多个微带天线组，所述多个微带天线组沿第一方向排布，所述第一方向与所述天线罩所在平面平行且与所述接收微带天线的列方向垂直。
5.根据权利要求1所述的雷达天线系统，其特征在于，所述天线罩包括柱面透镜和与所述柱面透镜连接的平面天线罩；
所述柱面透镜的下剖面一侧对应设置有至少一个所述微带天线组，所述平面天线罩内对应设置有至少一个所述微带天线组，所述微带天线组中微带天线的列方向平行于所述柱面透镜的轴向方向。
6.根据权利要求5所述雷达天线系统，其特征在于，所述柱面透镜的下剖面与所述平面天线罩通过粘合剂压合连接。
7.根据权利要求5所述雷达天线系统，其特征在于，所述柱面透镜与所述平面天线罩一体成型。
8.根据权利要求5所述雷达天线系统，其特征在于，所述柱面透镜的准线为抛物线或半圆。
9.根据权利要求1所述雷达天线系统，其特征在于，所述天线罩的材料的介电常数为2.5-3。
10.根据权利要求1所述雷达天线系统，其特征在于，所述处理模块包括至少一个发射芯片和至少一个接收芯片，所述发射芯片与至少一个所述发射馈源电连接，所述接收芯片与所述接收馈源一一对应设置并电连接。
11.根据权利要求1所述雷达天线系统，其特征在于，所述接收微带天线为串馈微带天线。
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