CN111512176A

CN111512176A - 天线装置

Info

Publication number: CN111512176A
Application number: CN201880083757.8A
Authority: CN
Inventors: 青木一浩
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2017-12-26
Filing date: 2018-12-25
Publication date: 2020-08-07
Anticipated expiration: 2038-12-25
Also published as: US11079485B2; WO2019131657A1; DE112018006613T5; JP2019113481A; CN111512176B; US20200326421A1; JP6844525B2

Abstract

多个发送天线(21～23)以预先设定的基准间隔沿着预先设定的排列方向排列。第一接收天线(26)的排列方向上的开口宽度被设定为比基准间隔窄的第一宽度。多个第二接收天线(24、25)的排列方向上的开口宽度具有第一宽度以下的第二宽度，并且多个第二接收天线以比基准间隔窄的间隔沿着排列方向排列。第一接收天线的中心位置与多个第二接收天线中的位于最接近第一接收天线的位置处的第二接收天线的相位中心的排列方向上的间隔被设定为对基准间隔乘以从发送天线的数目减去一后的数而得到的长度以上。

Description

天线装置

相关申请的交叉引用

本国际申请主张于2017年12月26日在日本专利厅申请的日本专利申请第2017－249088号的优先权，并在此引用其全部内容。

技术领域

本公开涉及实现接收天线间隔不同的多种的阵列天线的天线装置。

背景技术

在下述专利文献1中公开了通过将两个发送天线配置在分离的位置，并在这些发送天线之间配置多个接收天线，来以较少的面积确保接收天线的数目的二倍的信道的技术。此外，信道是指从任意一个发送天线起被检测对象的物体反射并到达任意一个接收天线的路径。

专利文献1：日本特表2011－526371号公报

然而，根据公开者的详细的研究结果，发现在专利文献1所记载的以往技术中有以下的课题。

即，在以往技术中，例如，在需要均实现用于以窄角精度良好地检测物体方位的接收天线间隔、和用于以广角检测物体的接收天线间隔的情况下，需要分别准备接收天线的配置间隔不同的两种天线装置，而有装置大型化这样的课题。

发明内容

本公开的一个方面提供以简单的构成实现接收天线间隔不同的多种的阵列天线的天线装置。

本公开的一方式的天线装置具备多个发送天线、第一接收天线以及多个第二接收天线。

多个发送天线以预先设定的基准间隔沿着预先设定的排列方向排列。第一接收天线的排列方向上的开口宽度被设定为比基准间隔窄的第一宽度。多个第二接收天线的排列方向上的开口宽度具有第一宽度以下的第二宽度，并且多个第二接收天线以比基准间隔窄的间隔沿着排列方向排列。而且，第一接收天线的中心位置与多个第二接收天线中的位于最接近第一接收天线的位置处的第二接收天线的相位中心的排列方向上的间隔被设定为对上述基准间隔乘以从上述发送天线的数目减去一后的数而得到的长度以上。

根据这样的构成，能够通过由多个发送天线和第一接收天线形成的虚拟的接收天线的虚拟阵列、和由多个发送天线和多个第二接收天线形成的虚拟的接收天线的虚拟阵列，来实现不同的指向性。此外，前者的虚拟阵列的天线的配置间隔相对较窄，后者的虚拟阵列的天线的配置间隔相对较宽。换句话说，能够以与以往技术同等程度的大小来实现栅瓣不同的两种虚拟阵列。

附图说明

图1是表示应用了天线装置的雷达装置的构成的框图。

图2是表示第一实施方式的天线装置中的各天线的配置的说明图。

图3是表示发送天线以及接收天线的具体例的模式图。

图4是表示发送天线以及接收天线与物标的关系的说明图。

图5是表示虚拟阵列中的虚拟的接收天线的配置的说明图。

图6是表示通过天线装置实现的虚拟阵列的配置的说明图。

图7是表示在中距离模式中使用的虚拟阵列亦即MRR阵列的说明图。

图8是表示在远距离模式中使用的虚拟阵列亦即LRR阵列的说明图。

图9是表示在垂直测角模式中使用的虚拟阵列亦即垂直阵列的说明图。

图10是处理部执行的物标检测处理的流程图。

图11是表示第二实施方式的天线装置中的各天线的配置的说明图。

图12是表示通过天线装置实现的虚拟阵列的配置的说明图。

图13是表示在中距离模式中使用的虚拟阵列亦即MRR阵列的说明图。

图14是表示在远距离模式中使用的虚拟阵列亦即LRR阵列的说明图。

图15是表示在垂直测角模式中使用的虚拟阵列的垂直阵列的说明图。

具体实施方式

以下，参照附图对本公开的实施方式进行说明。

[1.第一实施方式]

[1－1.构成]

图1所示的第一实施方式的雷达装置1搭载于车辆来使用，为了检测存在于车辆的周围的各种物体而使用。雷达装置1是使用多个天线同时发送接收电波的MIMO雷达。MIMO是Multi Input Multi Output(多输入多输出)的省略语。

雷达装置1具备本实施方式的天线装置2。也可以雷达装置1还具备发送接收部3和处理部4。

[1－1－1.天线装置]

如图2所示，天线装置2具有三个发送天线21～23和四个接收天线24～27。发送天线的数目以及接收天线的数目并不限定于此，只要均在两个以上即可。例如通过形成在电介质基板上的铜箔图案来实现各天线21～27。

如图2所示，三个发送天线21～23以预先设定的基准间隔D沿着预先设定的排列方向配置成一列。以下，将该排列方向称为x轴方向，将与排列方向正交的方向称为y轴方向。各发送天线21～23均具有相同形状并且具有相同尺寸。

四个接收天线24～27的y轴方向的开口宽度具有相同尺寸。

两个接收天线26、27的x轴方向的开口宽度被设定为比基准间隔D窄的第一宽度W1。接收天线27配置在使接收天线26沿x轴方向位移基准间隔D并且沿y轴方向位移预先设定的纵向间隔V的位置。

其它的两个接收天线24、25的x轴方向的开口宽度被设定为比第一宽度W1窄的第二宽度W2。接收天线25配置在使接收天线24沿x轴方向位移预先设定的间隔d的位置。而且，第二宽度W2以及间隔d被设定为两个接收天线24、25的外接图形成为与接收天线26、27相同形状并且相同尺寸。换句话说，基于两个接收天线24、25的合成天线(以下，称为合成天线24－25)的x轴方向以及y轴方向的开口宽度与其它的两个接收天线26、27成为相同尺寸。

接收天线26配置在使合成天线24－25沿x轴方向位移对基准间隔D乘以发送天线的数目后的间隔3D的位置。

发送天线21～23配置在与接收天线24～27相比沿y轴方向位移后的位置，以不与接收天线24～27中的任何一个重合。另外，发送天线21～23被配置成x轴方向上的各发送天线21～23的相位中心的位置均位于接收天线25的相位中心与接收天线26的相位中心之间。换句话说，接收天线25的相位中心与接收天线26的相位中心的间隔被设定为比2D大。

此外，相位中心是指在电波的放射或者入射时，虚拟地视为电波的集中点的点。在天线具有长方形、圆形等上下左右对称形状的情况下，相位中心与天线的重心位置大致一致。

这里，使用图3对各个发送天线21～23以及接收天线24～27的具体例进行说明。x轴方向的开口宽度被设定为第二宽度W2的发送天线21～23以及接收天线24、25具备沿着y轴方向配置成一列的多个贴片天线P、和布线为对各贴片天线进行同相供电的供电线L。另外，x轴方向的开口宽度被设定为第一宽度W1的接收天线26、27具有排列两列上述贴片天线P并使供电线L共同地连接的结构。

[1－1－2.虚拟阵列]

这里，使用图4以及图5，对通过M个发送天线和N个接收天线形成的M×N个虚拟阵列进行说明。这里，如图4所示，对M＝2，N＝2，两个发送天线TX1、TX2以第一间隔d_T配置，两个接收天线RX1、RX2以第二间隔d_R配置的情况进行说明。

假设成为检测对象的物体存在于相对于发送天线TX1、TX2以及接收天线RX1、RX2的正面方向倾斜θ的方向。另外，以R表示物体的反射系数，以α_T表示从TX1到物体的路径中的信号的相位变化，以α_R表示从物体到RX1的路径中的信号的相位变化。此外，以复数表现α_T以及α_R。

该情况下，以(1)式表示从TX1发送并被RX1接收的信号。以(2)式表示从TX1发送并被RX2接收的信号。以(3)式表示从TX2发送并被RX1接收的信号。以(4)式表示从TX2发送并被RX2接收的信号。

[式1]

α_T·R·α_R (1)

α_T·R·α_R·exp(jkd_Rsinθ) (2)

α_T·R·α_R·exp(jkd_Tsinθ) (3)

α_T·R·α_R·exp(jk(d_T+d_R)sinθ) (4)

如图5所示，这些式子与通过排列为彼此的配置间隔为d_R、d_T、d_T+d_R的四个接收天线接收从一个发送天线发送的信号的情况等效。将像这样排列的虚拟的接收天线称为虚拟阵列。

换句话说，在天线装置2中，如图6所示，通过三个发送天线21～23和四个接收天线24～27的组合，得到具有十二个虚拟的接收天线的虚拟阵列。具体而言，在使图6中的实线所示的四个接收天线24～27分别沿x轴方向位移距离D以及距离2D的位置形成图6中的虚线所示的虚拟的接收天线。

以下，将接收天线24、25称为信道CH1、CH2，将位于使接收天线24、25位移距离D的位置的虚拟的接收天线称为信道CH3、CH4，将位于进一步位移距离D的位置的虚拟的接收天线称为信道CH5、CH6。另外，将接收天线26称为信道CH7，将位于使接收天线26位移距离D的位置的虚拟的接收天线称为信道CH8，将位于进一步位移距离D的位置的虚拟的接收天线称为信道CH9。另外，将接收天线27称为信道CH10，将位于使接收天线27位移距离D的位置的虚拟的接收天线称为信道CH11，将位于进一步位移距离D的位置的虚拟的接收天线称为信道CH12。此外，接收天线26相当于第一接收天线，接收天线24、25相当于第二接收天线，接收天线27相当于附加接收天线。

如图7所示，信道CH1～CH6形成在x轴方向以间隔d配置的六个元件的等间隔阵列(以下，称为MRR阵列)。

将分别通过信道CH1、CH2的组、信道CH3、CH4的组、以及信道CH5、CH6的组形成的合成天线称为信道CH1－2、CH3－4、CH5－6。如图8所示，信道CH1－2、CH3－4、CH5－6、CH7～CH9形成在x轴方向以间隔D配置的六个元件的等间隔阵列(以下，称为LRR阵列)。

如图9所示，信道CH8、CH10的组、以及信道CH9、CH11的组分别形成在y轴方向以间隔V配置的两个元件的阵列(以下，称为垂直阵列)。

[1－2.发送接收部]

发送接收部3对各发送天线21～23供给发送信号。发送接收部3以多普勒分割复用(以下，DDMA)方式对各发送信号进行调制。DDMA方式是用于能够从重叠了同时从多个发送天线发送的多个信号的接收信号进行各个信号的识别的调制方式。DDMA方式例如是在MIMO雷达中使用的技术。

发送接收部3通过将上述的发送信号中的成为基准的发送信号作为本地信号，并将本地信号与从各接收天线24～27供给的各接收信号混合，来生成每个接收天线24～27的拍频信号并供给至处理部4。

[1－3.处理部]

处理部4具备具有CPU41、和例如RAM或者ROM等半导体存储器(以下，称为存储器42)的微型计算机。通过由CPU41执行储存于非瞬态有形记录介质的程序来实现处理部4具有的各功能。在该例子中，存储器42相当于储存了程序的非瞬态有形记录介质。另外，通过执行该程序，执行与程序对应的方法。此外，处理部4既可以具备一个微型计算机，也可以具备多个微型计算机。

处理部4至少执行物标检测处理。实现处理部4具有的各功能的方法并不限定于软件，也可以使用一个或者多个硬件实现其一部分或者全部的功能。例如，在通过作为硬件的电子电路实现上述功能的情况下，也可以通过数字电路或者模拟电路或者它们的组合来实现该电子电路。

[1－4.处理]

接下来，使用图10的流程图对处理部4执行的物标检测处理进行说明。若处理部4启动，则周期性地执行物标检测处理。

首先在S110中，处理部4通过使发送接收部3动作来执行雷达测定，获取从各接收天线24～27供给的拍频信号的取样数据。

在S120中，处理部4基于在S110中获取到的取样数据，提取虚拟阵列的十二个信道的信号。具体而言，通过按照每个接收天线24～27执行FFT处理等，计算表示接收信号所包含的多普勒频率的成分的多普勒频谱。换句话说，进行了DDMA调制的发送信号按照每个发送天线而相位旋转量不同，所以在多普勒频谱上，能够提取来自各发送天线的发送信号作为具有彼此不同的多普勒频率的信号成分。由此，能够从接收天线24的接收信号提取信道CH1、CH3、CH5的信号。能够从接收天线25的接收信号提取信道CH2、CH4、CH6的信号。能够从接收天线26的接收信号提取信道CH7～CH9的信号。能够从接收天线27的接收信号提取信道CH10～CH12的信号。

在S130中，处理部4执行中距离雷达(以下，称为MRR)模式处理。在MRR模式处理中，使用属于图7所示的MRR阵列的信道CH1～CH6的信号，并且例如使用数字波束形成(以下，称为DBF)等方法，进行存在于中距离并且广角的探测范围的物标的检测。

在S140中，处理部4执行长距离雷达(以下，称为LRR)模式处理。在LRR模式处理中，使用属于图8所示的LRR阵列的合成信道CH1－2、CH3－4、CH5－6以及信道CH7～CH9的信号，并且例如使用MUSIC等方法，进行存在于远距离且窄角的探测范围的物标的检测。此外，在LRR模式处理中，也可以执行利用MRR模式处理的结果，使由于光栅而不确定的物标方位确定的处理等。

在S150中，处理部4执行垂直测角模式处理。在垂直测角模式处理中，使用从属于图9所示的垂直阵列的信道CH8与CH10的组或者信道CH9与CH11的组中的至少一方得到的信号。而且，例如使用DBF或者单脉冲等方法，对在S130以及S140中检测出的物标计算垂直方向的角度，进而计算高度方向的位置。

在S160中，处理部4根据S130～S150中的检测结果生成与存在于探测范围内的物标相关的信息亦即物标信息，并输出给执行利用这些物标信息的各种处理的后段的装置，结束本处理。

[1－5.效果]

根据以上详述的本实施方式，起到以下的效果。

(1a)在天线装置2中，与以往装置相反，发送天线21～23位于接收天线24～27之间，并且，从发送天线21～23观察在排列方向的一侧配置有以比基准间隔D窄的间隔d配置的多个接收天线24、25。由此，关于基于发送天线21～23和接收天线24、25而形成的虚拟阵列(即，MRR阵列)、和基于发送天线21～23和接收天线26、27而形成的虚拟阵列(即，LRR阵列)，接收天线的配置间隔不同。这样，根据天线装置2，能够以与以往装置同等程度的简单的构成实现栅瓣不同的两个虚拟阵列。

(1b)在天线装置2中，设定为接收天线24、25的外接图形成为与接收天线26相同形状并且相同尺寸。因此，能够作为基于接收天线26和发送天线21～23而形成的虚拟阵列(即，信道CH7～CH9)的一部分来利用基于合成了接收天线24、25的合成天线和发送天线21～23而形成的虚拟阵列(即，信道CH1－2、CH3－4、CH5－6)。

(1c)在天线装置2中，也可以将使用波长设为λ，将接收天线24、25的相位中心间的间隔设定为比0.5λ小。该情况下，能够通过使用MRR阵列，实现不产生角度模糊性的测角处理。

(1d)在天线装置2中，在使用LRR阵列的情况下，能够实现方位精度、角度分辨率较高的测角处理。另外，对于LRR阵列而言，由于各信道的开口比MRR阵列宽，所以能够提高天线增益，能够检测更远距离的物体。此外，在LRR阵列中，由于接收天线间隔较宽，所以产生栅瓣所引起的角度模糊性，但通过与MRR阵列的并用，也可以解决角度模糊性。

(1e)在天线装置2中，在使接收天线26沿y轴方向偏移的位置设置接收天线27。因此，能够实现垂直阵列，通过使用该垂直阵列，不仅能够检测x轴方向的角度，也能够检测y轴方向的角度。

[2.第二实施方式]

[2－1.与第一实施方式的不同点]

第二实施方式的基本的构成与第一实施方式相同，所以以下对不同点进行说明。此外，与第一实施方式相同的附图标记表示相同的构成，参照先前的说明。

在上述的第一实施方式中，在接收天线24、25与接收天线26、27中，x轴方向的开口宽度不同。与此相对，在第二实施方式中，在使接收天线的开口宽度全部相同这一点以及变更接收天线的配置间隔这一点，与第一实施方式不同。

[2－2.天线装置]

如图11所示，本实施方式的天线装置2a具备发送天线21a～23a和接收天线24a～26a。

发送天线21a～23a与第一实施方式的发送天线21～23具有相同的形状，并且相同地进行配置。但是，x轴方向的开口宽度被设定为比基准间隔D的0.5倍短的宽度。

接收天线24a～27a具有与发送天线21a～23a相同的形状。

接收天线24a～27a以接收天线24a的位置为基准，如以下那样进行配置。接收天线25a配置在使接收天线24a沿x轴方向位移基准间隔D的0.5倍的距离的位置。接收天线27a配置在使接收天线25a沿x轴方向位移基准间隔D的2.5倍的距离的位置。接收天线27a配置在使接收天线26a沿x轴方向位移基准间隔D并且沿y轴方向位移纵向间隔V的位置。

发送天线21a～23a配置在与接收天线24a～27a相比沿y轴方向位移的位置，以不与接收天线24a～27a中的任何一个重合。

另外，发送天线21a～23a被配置成x轴方向上的各发送天线21a～23a的相位中心的位置均位于接收天线25a的相位中心与接收天线26a的相位中心之间。

[2－3.虚拟阵列]

如图12所示，在天线装置2a中，通过三个发送天线21a～23a和四个接收天线24a～27a的组合，得到具有十二个虚拟的接收天线的虚拟阵列。具体而言，在分别使图12中的实线所示的四个接收天线24a～27a沿x轴方向位移距离D以及距离2D的位置，形成图12中的虚线所示的虚拟的接收天线。

以下，将接收天线24a、25a称为信道CH1、CH2，将位于使接收天线24a、25a位移距离D的位置的虚拟的接收天线称为信道CH3、CH4，将位于进一步位移距离D的位置的虚拟的接收天线称为信道CH5、CH6。另外，将接收天线26a称为信道CH7，将位于使接收天线26a位移距离D的位置的虚拟的接收天线称为信道CH8，将位于进一步位移距离D的位置的虚拟的接收天线称为信道CH9。另外，将接收天线27a称为信道CH10，将位于使接收天线27a位移距离D的位置的虚拟的接收天线称为信道CH11，将位于进一步位移距离D的位置的虚拟的接收天线称为信道CH12。此外，接收天线26a相当于第一接收天线，接收天线24a、25a相当于第二接收天线，接收天线27a相当于附加接收天线。

如图13所示，信道CH1～CH7形成在x轴方向以间隔D/2配置的七个元件的等间隔阵列(以下，称为MRR阵列)。

如图14所示，CH1、CH3、CH5、CH7、CH8以及CH9形成在x轴方向以间隔D配置的六个元件的等间隔阵列(以下，称为LRR阵列)。

如图15所示，信道CH8、CH10的组、以及信道CH9、CH11的组分别形成在y轴方向以间隔V配置的两个元件的阵列(以下，称为垂直阵列)。

[2－4.效果]

根据以上详述的第二实施方式，起到上述的第一实施方式的效果(1a)(1c)～(1e)，并且起到以下的效果。

(2a)根据天线装置2a，尽管发送天线21a～23a以及接收天线24a～27a的数目与第一实施方式的天线装置2相同，但能够使MRR阵列的元件数目增加一个，能够实现开口较大的MRR阵列。

[3.其它的实施方式]

以上，对本公开的实施方式进行了说明，但本公开并不限定于上述的实施方式，能够进行各种变形来实施。

(3a)在上述实施方式中，使作为第二接收天线的两个接收天线24、25的外接形状与作为第一接收天线的接收天线26的形状一致，但本公开并不限定于此。例如，也可以使三个以上的第二接收天线的外接形状与第一接收天线的形状一致。

(3b)在上述实施方式中，接收天线26的相位中心与合成了多个接收天线24、25的合成天线的相位中心的间隔被设定为基准间隔D的整数倍，但并不一定需要为整数倍。

(3c)也可以通过多个构成要素实现上述实施方式中的一个构成要素具有的多个功能，或者通过多个构成要素实现一个构成要素具有的一个功能。另外，也可以通过一个构成要素实现多个构成要素具有的多个功能，或者通过一个构成要素实现由多个构成要素实现的一个功能。另外，也可以省略上述实施方式的构成的一部分。另外，也可以对其它的上述实施方式的构成附加或者置换上述实施方式的构成的至少一部分。

(3d)除了上述的天线装置之外，也能够以将该天线装置作为构成要素的系统、天线的配置方法等各种方式来实现本公开。

Claims

1.一种天线装置，具备：

多个发送天线(21～23、21a～23a)，上述多个发送天线以预先设定的基准间隔沿着预先设定的排列方向排列；

第一接收天线(26、26a)，上述第一接收天线的上述排列方向上的开口宽度被设定为比上述基准间隔窄的第一宽度；以及

多个第二接收天线(24、25、24a、25a)，上述第二接收天线的上述排列方向上的开口宽度具有上述第一宽度以下的第二宽度，并且上述多个第二接收天线以比上述基准间隔窄的间隔沿着上述排列方向排列，

上述第一接收天线的相位中心与上述多个第二接收天线中的位于最接近上述第一接收天线的位置处的上述第二接收天线的相位中心的上述排列方向上的间隔被设定为对上述基准间隔乘以从上述发送天线的数目减去一后的数而得到的长度以上。

2.根据权利要求1所述的天线装置，其中，

上述多个第二接收天线被配置成针对上述多个第二接收天线的外接图形的面积与上述第一接收天线的面积相等。

3.根据权利要求1或者权利要求2所述的天线装置，其中，

上述多个发送天线被配置成各发送天线的相位中心在上述排列方向上均位于上述第一接收天线的中心位置与上述多个第二接收天线中的位于最接近上述第一接收天线的位置处的上述第二接收天线的中心位置之间。

4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的天线装置，其中，

上述天线装置还具备附加接收天线(27、27a)，上述附加接收天线与上述第一接收天线为相同形状，

上述附加接收天线被配置在使上述第一接收天线沿与上述排列方向正交的方向位移的位置。

5.根据权利要求4所述的天线装置，其中，

上述附加接收天线被配置在使上述第一接收天线沿上述排列方向位移上述基准间隔以上的位置。

6.根据权利要求5所述的天线装置，其中，

上述附加接收天线的沿与上述排列方向正交的方向的位移量被设定为比上述第一接收天线的与上述排列方向正交的方向上的开口宽度短。