CN113594708A - 一种工作在77Ghz的车载无源电磁波反射器及设置方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工作在77Ghz的车载无源电磁波反射器及设置方法，反射器的本体为龙伯透镜，其中在龙伯透镜表面远离入射电磁波的一侧的焦点处装配有金属反射板。金属反射板为铜板。龙伯透镜采用分层嵌套的方式制成，龙伯透镜内共分为十六层，龙伯透镜的直径为24mm。设置方法为：步骤一、确定反射器工作频段；步骤二、确定反射器半径R的大小；步骤三、确定反射器分层数L及每层的厚度TH；步骤四、确定反射器第一至第十六层的相对介电常数ε_r的值；步骤五、确定金属反射板部署在反射器上的位置；步骤六、确定反射器在车上的安装位置。有益效果：能够使车载毫米波雷达反射面积增大，进而增强雷达回波信号的强度。保障车辆在该环境下的安全。

Description

一种工作在77Ghz的车载无源电磁波反射器及设置方法

技术领域

本发明涉及一种反射器及设置方法，特别涉及一种工作在77Ghz的车载无源电磁波反射器及设置方法。

背景技术

目前，电磁波照射到物体表面时，会发生反射。基于这个原理，通常使用雷达发射电磁波，根据接收到的反射波的特征来实现目标检测。电磁波在均匀介质(相对介电常数是固定的)的表面发生漫反射，反射波的方向偏离入射方向。探测这种目标时，只有少部分反射波被雷达接收到，有用信号容易被噪声信号淹没，影响雷达的最大探测距离。

为了实现自动驾驶，车辆需要具备目标探测能力，对附近环境进行检测。一种有效的探测手段是在汽车上搭载毫米波雷达，根据雷达回波的特征，分析车辆到被探测目标的距离、被探测目标的大小甚至形状。车载毫米波雷达工作在24Ghz和77Ghz两个频段，最大探测距离可达几百米。但是遇到雨、雪、雾的影响下，毫米波的传输损耗会增大，使雷达探测距离变小，影响车机系统对路况的准确判断，这就不能保障车辆在此特殊环境下的行车安全，加大了交通事故发生的概率。

1944年，R.K.Luneberg提出龙伯透镜的概念。龙伯透镜是一个球形透镜，可以将所有入射电磁波聚集在透镜表面一点，这个点就是焦点，若焦点处装有金属反射面，则聚集到焦点的电磁波在透过透镜内部之后以与入射电磁波相反的方向反射回去。这样加上金属反射板的龙伯透镜就是一个雷达反射器。此时雷达接收到的目标反射信号功率更大，更有利于被探测到。龙伯透镜的这一特性是由其相对介电常数ε_r的径向分布不均匀决定的，其规律

其中r是球内某点到龙伯透镜球心的距离，R是龙伯透镜的半径。

在龙伯透镜实际应用中，我们无法找到一种相对介电常数分布满足规律

的理想材料，常使用分层嵌套的方法来制造龙伯透镜，这种结构的龙伯透镜，每层对应材料的相对介电常数是不同的，对应材料的相对介电常数应在[1,2]之间。

发明内容

本发明的目的是为了增强雷达回波信号的强度，以有利于其他车辆通过车载毫米波雷达探测到本车，保障车辆在行驶过程中的安全性而提供的一种工作在77Ghz的车载无源电磁波反射器及设置方法。

本发明提供的工作在77Ghz的车载无源电磁波反射器的本体为龙伯透镜，其中在龙伯透镜表面远离入射电磁波的一侧的焦点处装配有金属反射板。

金属反射板为铜板。

龙伯透镜采用分层嵌套的方式制成，龙伯透镜内共分为十六层，龙伯透镜的直径为24mm。

龙伯透镜为现有设备的组装，因此具体型号和规格没有进行赘述。

本发明提供的工作在77Ghz的车载无源电磁波反射器的设置方法，其方法包括如下步骤：

步骤一、确定反射器工作频段：按照标准规定77Ghz是车载毫米波雷达的工作频段，因此将车载无源电磁波反射器的工作频段定位在77Ghz；

步骤二、确定反射器半径R的大小：车载无源电磁波反射器的半径大于3倍的电磁波的波长，77Ghz频段所对应的电磁波的波长是3.9mm，反射器的半径R＞3.9×3＝11.7mm，因此将车载无源电磁波反射器的半径R设置为12mm；

步骤三、确定反射器分层数L及每层的厚度TH：采用分层嵌套的方式来制造车载无源电磁波反射器，反射器设计为十六个同心球壳，距离球心最近的是第一个同心球壳，按照与球心距离由近到远依次是第一个同心球壳一直到最后第十六个同心球壳，相邻同心球壳之间的距离称之为同心层，第一个同心球壳称之为第一层，第一个同心球壳与第二个同心球壳之间的部分称之为第二层，第二个同心球壳与第三个同心球壳之间的部分称之为第三层，依次类推，一直到最后的第十六层；

当反射器每一层的厚度小于工作波长的五分之一时，反射器的这种分层结构不会影响电磁波在其内部的传播特性，反射器每层的层厚TH＜3.9÷5＝0.78mm，因此将车载无源电磁波反射器的每一层的厚度设置为TH＝0.75mm；

车载无源电磁波反射器的半径R＝12mm，反射器每一层的厚度TH＝0.75mm，可得出反射器的分层的总层数L的大小为L＝12÷0.75＝16，因此将车载无源电磁波反射器分层的总层数设置为十六层；

步骤四、确定反射器第一至第十六层的相对介电常数ε_r的值：车载无源电磁波反射器是十六层嵌套而成的，在径向上，将r/R均分为十六个区间，即[0,1/16)，[1/16,2/16),...,[15/16,1]，其中，r是反射器内部某一点到球心的距离，反射器每一层均使用一种相对介电常数均一的材料制作，因此采用最大值拟合方式来确定第一至十六层的相对介电常数ε_r的值；

每一层相对介电常数ε_r的取值如下：第一层的相对介电常数是2；第二层的相对介电常数是1.99609375；第三层的相对介电常数是1.984375；第四层的相对介电常数是1.96484375；第五层的相对介电常数是1.9375；第六层的相对介电常数是1.90234375；第七层的相对介电常数是1.859375；第八层的相对介电常数是1.80859375；第九层的相对介电常数是1.75；第十层的相对介电常数是1.68359375；第十一层的相对介电常数是1.609375；第十二层的相对介电常数是1.52734375；第十三层的相对介电常数是1.4375；第十四层的相对介电常数是1.33984375；第十五层的相对介电常数是1.234375；第十六层的相对介电常数是1.12109375；

步骤五、确定金属反射板部署在反射器上的位置：在反射器安装之前，需在反射器表面右侧加上金属反射板，在反射器表面右侧有数个焦点处加上与数个焦点位置相对应的金属反射板，加上金属反射板的作用是将反射器汇聚在焦点处的电磁波按照与原来入射电磁波相反的方向反射回去，金属反射板装配在反射器的焦点处，金属反射板与球心的夹角为90°；

步骤六、确定反射器在车上的安装位置：将反射器安装在车尾左右侧各一个，车的两侧各一个，与此对应的是车载毫米波雷达在车头左右两侧各一个，车的两侧各一个，位于车头左右两侧的车载毫米波雷达发射电磁波给相邻前方车辆车尾左右两侧的反射器，车载毫米波雷达将接收到的距离信息传给显示屏，这样使得驾驶员及时了解当前时刻与前方车辆的距离，同理，位于车身两侧的车载毫米波雷达能够发射电磁波给相邻左右车辆的反射器，车载毫米波雷达将得到的距离信息传给显示屏，这样即可及时告知车主当前时刻与相邻左右车辆的距离是否在安全距离之内，增大车辆在行驶过程中的安全性。

本发明的工作原理如下所述：

本发明提供的工作在77Ghz的车载无源电磁波反射器及设置方法中所用的电磁波反射器工作时不需要能量输入，依靠自身特性增强雷达反射信号。本发明中所用车载无源电磁波反射器的本体为龙伯透镜，车载无源电磁波反射器的工作原理是：能够将所有入射电磁波聚集在反射器表面一点，这个点就是焦点，焦点处装配有金属反射板，则聚集到焦点的电磁波与入射电磁波相反的方向反射回去。利用本发明提供的车载无源电磁波反射器能够测得车与车之间的距离，从而使得车主在行驶过程中与其他车辆保持安全距离，保证了车辆的行驶安全。

为实现上述目的，采用分层嵌套的方法来制造车载无源电磁波反射器。其方法主要包括：确定车载无源电磁波反射器的大小；分层的层数；每层之间的厚度以及每一层的相对介电常数；然后在反射器表面右侧有数个焦点处加上与数个焦点位置相对应的金属反射板。最后将制造的车载无源电磁波反射器安装在车辆上。

本发明的有益效果：

本发明提供的工作在77Ghz的车载无源电磁波反射器及设置方法中的反射器能够使车载毫米波雷达反射面积增大，进而增强雷达回波信号的强度。这将有利于其他车辆在极端天气(雨、雪、雾等)通过车载毫米波雷达探测到本车，保障车辆在该环境下的安全。本发明提供的反射器是无源器件，安装在车上不会增加汽车能耗。本发明提供的反射器的直径只有24mm，因此该反射器的体积非常小巧。该反射器体积小巧的优点是考虑到车上的空间有限，车载设备安装在车尾部的时候，如若设备直径过大，就会占用后备箱资源，而且车载设备体积过大还可能会影响到车辆的气动外形，这样就会导致破坏汽车外观设计。

附图说明

图1为本发明所述的车载无源电磁波反射器工作原理示意图。

图2为本发明所述的电磁波反射器制造及安装流程示意图。

图3为本发明所述的车载无源电磁波反射器剖面示意图。

图4为本发明所述的金属反射板部署在反射器的位置示意图。

图5为本发明所述的车载无源电磁波反射器安装在车辆上的位置示意图。

上图中的标注如下：

1、龙伯透镜 2、焦点 3、金属反射板 4、车载毫米波雷达。

具体实施方式

请参阅图1至图5所示：

本发明提供的工作在77Ghz的车载无源电磁波反射器的本体为龙伯透镜1，其中在龙伯透镜1表面远离入射电磁波的一侧的焦点2处装配有金属反射板3。

金属反射板3为铜板。

龙伯透镜1采用分层嵌套的方式制成，龙伯透镜1内共分为十六层，龙伯透镜1的直径为24mm。

龙伯透镜1为现有设备的组装，因此具体型号和规格没有进行赘述。

本发明提供的工作在77Ghz的车载无源电磁波反射器的设置方法，其方法包括如下步骤：

步骤一、确定反射器工作频段：按照标准规定77Ghz是车载毫米波雷达4的工作频段，因此将车载无源电磁波反射器的工作频段定位在77Ghz；

步骤二、确定反射器半径R的大小：车载无源电磁波反射器的半径大于3倍的电磁波的波长，77Ghz频段所对应的电磁波的波长是3.9mm，反射器的半径R＞3.9×3＝11.7mm，因此将车载无源电磁波反射器的半径R设置为12mm；

步骤三、确定反射器分层数L及每层的厚度TH：采用分层嵌套的方式来制造车载无源电磁波反射器，反射器设计为十六个同心球壳，距离球心最近的是第一个同心球壳，按照与球心距离由近到远依次是第一个同心球壳一直到最后第十六个同心球壳，相邻同心球壳之间的距离称之为同心层，第一个同心球壳称之为第一层，第一个同心球壳与第二个同心球壳之间的部分称之为第二层，第二个同心球壳与第三个同心球壳之间的部分称之为第三层，依次类推，一直到最后的第十六层；

当反射器每一层的厚度小于工作波长的五分之一时，反射器的这种分层结构不会影响电磁波在其内部的传播特性，反射器每层的层厚TH＜3.9÷5＝0.78mm，因此将车载无源电磁波反射器的每一层的厚度设置为TH＝0.75mm；

车载无源电磁波反射器的半径R＝12mm，反射器每一层的厚度TH＝0.75mm，可得出反射器的分层的总层数L的大小为L＝12÷0.75＝16，因此将车载无源电磁波反射器分层的总层数设置为十六层；

步骤四、确定反射器第一至第十六层的相对介电常数ε_r的值：车载无源电磁波反射器是十六层嵌套而成的，在径向上，将r/R均分为十六个区间，即[0,1/16)，[1/16,2/16),...,[15/16,1]，其中，r是反射器内部某一点到球心的距离，反射器每一层均使用一种相对介电常数均一的材料制作，因此采用最大值拟合方式来确定第一至十六层的相对介电常数ε_r的值；

每一层相对介电常数ε_r的取值如下：第一层的相对介电常数是2；第二层的相对介电常数是1.99609375；第三层的相对介电常数是1.984375；第四层的相对介电常数是1.96484375；第五层的相对介电常数是1.9375；第六层的相对介电常数是1.90234375；第七层的相对介电常数是1.859375；第八层的相对介电常数是1.80859375；第九层的相对介电常数是1.75；第十层的相对介电常数是1.68359375；第十一层的相对介电常数是1.609375；第十二层的相对介电常数是1.52734375；第十三层的相对介电常数是1.4375；第十四层的相对介电常数是1.33984375；第十五层的相对介电常数是1.234375；第十六层的相对介电常数是1.12109375；

步骤五、确定金属反射板3部署在反射器上的位置：在反射器安装之前，需在反射器表面右侧加上金属反射板3，在反射器表面右侧有数个焦点2处加上与数个焦点2位置相对应的金属反射板3，加上金属反射板3的作用是将反射器汇聚在焦点2处的电磁波按照与原来入射电磁波相反的方向反射回去，金属反射板3装配在反射器的焦点2处，金属反射板3与球心的夹角为90°；

步骤六、确定反射器在车上的安装位置：将反射器安装在车尾左右侧各一个，车的两侧各一个，与此对应的是车载毫米波雷达4在车头左右两侧各一个，车的两侧各一个，位于车头左右两侧的车载毫米波雷达4发射电磁波给相邻前方车辆车尾左右两侧的反射器，车载毫米波雷达4将接收到的距离信息传给显示屏，这样使得驾驶员及时了解当前时刻与前方车辆的距离，同理，位于车身两侧的车载毫米波雷达4能够发射电磁波给相邻左右车辆的反射器，车载毫米波雷达4将得到的距离信息传给显示屏，这样即可及时告知车主当前时刻与相邻左右车辆的距离是否在安全距离之内，增大车辆在行驶过程中的安全性。

本发明的工作原理如下所述：

本发明提供的工作在77Ghz的车载无源电磁波反射器及设置方法中所用的电磁波反射器工作时不需要能量输入，依靠自身特性增强雷达反射信号。本发明中所用车载无源电磁波反射器的本体为龙伯透镜1，车载无源电磁波反射器的工作原理是：能够将所有入射电磁波聚集在反射器表面一点，这个点就是焦点2，焦点2处装配有金属反射板3，则聚集到焦点2的电磁波与入射电磁波相反的方向反射回去。利用本发明提供的车载无源电磁波反射器能够测得车与车之间的距离，从而使得车主在行驶过程中与其他车辆保持安全距离，保证了车辆的行驶安全。

为实现上述目的，采用分层嵌套的方法来制造车载无源电磁波反射器。其方法主要包括：确定车载无源电磁波反射器的大小；分层的层数；每层之间的厚度以及每一层的相对介电常数；然后在反射器表面右侧有数个焦点处加上与数个焦点位置相对应的金属反射板3。最后将制造的车载无源电磁波反射器安装在车辆上。

Claims (4)

1.一种工作在77Ghz的车载无源电磁波反射器，其特征在于：反射器的本体为龙伯透镜，其中在龙伯透镜表面远离入射电磁波的一侧的焦点处装配有金属反射板。

2.根据权利要求1所述的一种工作在77Ghz的车载无源电磁波反射器，其特征在于：所述的金属反射板为铜板。

3.根据权利要求1所述的一种工作在77Ghz的车载无源电磁波反射器，其特征在于：所述的龙伯透镜采用分层嵌套的方式制成，龙伯透镜内共分为十六层，龙伯透镜的直径为24mm。

4.一种工作在77Ghz的车载无源电磁波反射器的设置方法，其特征在于：其方法包括如下步骤：

步骤一、确定反射器工作频段：按照标准规定77Ghz是车载毫米波雷达的工作频段，因此将车载无源电磁波反射器的工作频段定位在77Ghz；

步骤二、确定反射器半径R的大小：车载无源电磁波反射器的半径大于3倍的电磁波的波长，77Ghz频段所对应的电磁波的波长是3.9mm，反射器的半径R＞3.9×3＝11.7mm，因此将车载无源电磁波反射器的半径R设置为12mm；

步骤三、确定反射器分层数L及每层的厚度TH：采用分层嵌套的方式来制造车载无源电磁波反射器，反射器设计为十六个同心球壳，距离球心最近的是第一个同心球壳，按照与球心距离由近到远依次是第一个同心球壳一直到最后第十六个同心球壳，相邻同心球壳之间的距离称之为同心层，第一个同心球壳称之为第一层，第一个同心球壳与第二个同心球壳之间的部分称之为第二层，第二个同心球壳与第三个同心球壳之间的部分称之为第三层，依次类推，一直到最后的第十六层；

当反射器每一层的厚度小于工作波长的五分之一时，反射器的这种分层结构不会影响电磁波在其内部的传播特性，反射器每层的层厚TH＜3.9÷5＝0.78mm，因此将车载无源电磁波反射器的每一层的厚度设置为TH＝0.75mm；

车载无源电磁波反射器的半径R＝12mm，反射器每一层的厚度TH＝0.75mm，可得出反射器的分层的总层数L的大小为L＝12÷0.75＝16，因此将车载无源电磁波反射器分层的总层数设置为十六层；

步骤四、确定反射器第一至第十六层的相对介电常数ε_r的值：车载无源电磁波反射器是十六层嵌套而成的，在径向上，将r/R均分为十六个区间，即[0,1/16)，[1/16,2/16),...,[15/16,1]，其中，r是反射器内部某一点到球心的距离，反射器每一层均使用一种相对介电常数均一的材料制作，因此采用最大值拟合方式来确定第一至十六层的相对介电常数ε_r的值；

每一层相对介电常数ε_r的取值如下：第一层的相对介电常数是2；第二层的相对介电常数是1.99609375；第三层的相对介电常数是1.984375；第四层的相对介电常数是1.96484375；第五层的相对介电常数是1.9375；第六层的相对介电常数是1.90234375；第七层的相对介电常数是1.859375；第八层的相对介电常数是1.80859375；第九层的相对介电常数是1.75；第十层的相对介电常数是1.68359375；第十一层的相对介电常数是1.609375；第十二层的相对介电常数是1.52734375；第十三层的相对介电常数是1.4375；第十四层的相对介电常数是1.33984375；第十五层的相对介电常数是1.234375；第十六层的相对介电常数是1.12109375；

步骤五、确定金属反射板部署在反射器上的位置：在反射器安装之前，需在反射器表面右侧加上金属反射板，在反射器表面右侧有数个焦点处加上与数个焦点位置相对应的金属反射板，加上金属反射板的作用是将反射器汇聚在焦点处的电磁波按照与原来入射电磁波相反的方向反射回去，金属反射板装配在反射器的焦点处，金属反射板与球心的夹角为90°；

步骤六、确定反射器在车上的安装位置：将反射器安装在车尾左右侧各一个，车的两侧各一个，与此对应的是车载毫米波雷达在车头左右两侧各一个，车的两侧各一个，位于车头左右两侧的车载毫米波雷达发射电磁波给相邻前方车辆车尾左右两侧的反射器，车载毫米波雷达将接收到的距离信息传给显示屏，这样使得驾驶员及时了解当前时刻与前方车辆的距离，同理，位于车身两侧的车载毫米波雷达能够发射电磁波给相邻左右车辆的反射器，车载毫米波雷达将得到的距离信息传给显示屏，这样即可及时告知车主当前时刻与相邻左右车辆的距离是否在安全距离之内，增大车辆在行驶过程中的安全性。

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