CN117296201A - 用于汽车雷达应用的天线装置 - Google Patents

Abstract

一种用于汽车雷达应用的天线装置包括天线组件，该天线组件包括布置有至少一个天线孔径的正面，该天线组件被配置为接收以撞击在该至少一个天线孔径中的初级射线的形式的输入信号。天线组件的正面还包括与至少一个天线孔径相邻的散射元件，通过该散射元件，撞击在散射元件的区域中的初级射线至少部分地被散射元件反射，从而被分离成第一次级射线和第二次级射线，使得第一次级射线和第二次级射线通过干涉至少部分地彼此抵消。

Description

用于汽车雷达应用的天线装置

技术领域

本公开涉及一种用于汽车雷达应用的天线装置。

背景技术

根据现有技术，例如从同一申请人的EP2676327B1、WO2017167916A1、WO2017158020A1、WO2018001921A1已知若干辐射元件。

由Commscope于2017年公开的US20170271776A1示出了一种平板阵列天线，其包括：输入层，该输入层包括波导网络，波导网络将其第一侧上的输入馈电耦合至其第二侧上的多个主耦合腔；和在输入层的第二侧上的输出层。输出层包括喇叭辐射器阵列、与喇叭辐射器连通的相应喇叭辐射器入口端口、以及与相应喇叭辐射器入口端口连通以将喇叭辐射器耦合到主耦合腔的相应槽形输出端口。

由Nec Corp.于2017年公开的US9692117B2示出了一种天线，其包括天线层、耦合层和馈线电路层。天线层包括喇叭天线，所述喇叭天线被布置为使得喇叭天线的中心在一个方向上对齐，并且喇叭天线在一个方向上与喇叭天线分离并且喇叭天线的中心在该方向上不对齐，并且耦合层中形成波导。

由Waymo于2019年公开的US20200365976A1示出了一种天线，其包括布置在第一阵列中的多个波导天线元件，该第一阵列被配置为以第一极化操作。该天线还包括布置在第二阵列中的多个波导输出端口，该第二阵列被配置为以第二极化操作。第二极化不同于第一极化。该天线还包括其中限定有通道的极化修改层，其中通道相对于波导天线元件以第一角度定向并且相对于波导输出端口以第二角度定向，该波导输出端口被配置为接收具有第一极化的输入电磁波并发射具有第一中间极化的输出电磁波。

由Conti Temic于2020年公开的WO2020052719A1示出了一种用于检测机动车辆周围环境的雷达系统，其具有基于塑料的天线，其中塑料天线在面向传感器侧和/或车辆侧的盖的前侧上具有多个用于发射和/或接收雷达信号的独立的天线并且多个独立的天线用于检测物体和/或确定其角度，公开了通过如下方式的解决方案：天线表面上的干扰波和/或在天线与传感器侧和/或车辆侧的盖之间的反射被抑制，或者防止或减少其特别是对于角度的确定的负面影响。

由Denso Corp.于2018年公开的US20200052396A1示出了一种天线装置，其包括介电基板、接地板、天线部分和附加功能部分。介电基板包括多个图案形成层。接地板形成在多个图案形成层中的第一图案形成层上，并且用作天线接地表面。天线部分形成在多个图案形成层中与第一图案形成层不同的图案形成层上，并且包括被配置为用作辐射元件的一个或多个天线图案。附加功能部分包括设置在用于在介电基板上传播的声波的传播路径上的一个或多个无馈电图案，并且使辐射波利用声波产生，该辐射波具有与由天线部分发射和接收的无线电波不同的极化。

由加利福尼亚大学于2001年公开的US6262495B1示出了金属片表面中限定的电容性和电感性元件的二维周期性图案由多个导电贴片提供，每个导电贴片连接到导电背板片，在它们之间布置绝缘电介质。这些元件的作用是抑制由它们限定的表面中的表面电流。特别地，该阵列形成与天线结合使用的接地平面网格。接地平面网格的性能由频带表征，在该频带内没有大量表面电流能够沿着接地平面网格传播。在飞行器或其他金属车辆中使用这样的接地平面因而防止来自天线的辐射沿着飞行器或车辆的金属蒙皮传播。该表面还反射电磁波，而没有在普通金属表面上发生的相移。

由Aptiv Tech.LTD于2020年公开的US10944184B2示出了一种包括基板的天线装置。基板中的多个导电构件建立基板集成的波导，并且多个第一狭槽和第二狭槽在基板的第一部分的外表面上。每个第二狭槽与相应的一个第一狭槽相关联。第一狭槽和第二狭槽被配置为建立在由天线装置发射的辐射束上变化的辐射方向图。多个寄生中断包括位于基板的第二部分的外表面上的狭槽。寄生中断减少了否则由相邻天线引入的纹波效应。

由日本电报电话公司于2010年公开的US8390531B2示出了根据本公开的反射阵列，其包括形成阵列的多个阵列元件，该阵列被配置为通过控制反射波的相位来控制反射波(散射波)的方向；和接地面(30)。接地面具有具有频率选择功能的结构。

发明内容

毫米波(MMW)频率在通信和汽车雷达应用中的使用正在不断扩大。天线装置是所有这些应用中的关键组件，并且在性能、尺寸、重量和环境标准合规性方面具有先进的要求。就性能而言，天线增益和效率是至关重要的参数，因为它们直接影响整个系统链路预算(转化为通信系统的链路距离和覆盖范围，以及汽车雷达的最大检测范围)。通常，用于汽车雷达应用的天线装置安装在保险杠的外壳或表面层的后面。除了关注天线特性之外，不断寻求提高整体传感器性能还需要减轻天线与其周围环境(例如保险杠(当安装在其后面时)、天线罩和PCB干扰)的相互作用。特别是在汽车应用中，天线罩和保险杠的存在会降低雷达传感器的性能，使辐射和/或接收图案失真和/或增加噪声水平，并且通常会降低检测的准确性。典型地，天线装置常常布置成至少部分地隐藏在汽车车身的表面下方，例如使得保险杠的外壳布置在天线组件的前面，这可能以负面的方式影响天线组件的发射和/或接收能力。此外，天线罩的存在尤其会导致表面波的激发，这会减少用于雷达检测目的的可用能量部分并可能引入错误目标。

为了减少由天线装置和例如安装在天线装置前面的保险杠之间的多个反射射线引起的噪声和干扰，已知有不同的方法。从现有技术中已知天线组件具有虚拟天线，其通过在一种内部波导结构中的转向来吸收过量的射线。在这种情况下，天线孔径布置在天线的正面，天线孔径通常不与电子部件互连，而是终止在天线组件内，使得接收到的射线被天线组件的材料吸收或者被布置在PCB上的部件或该电子部件吸收。已知组件的缺点是虚拟天线的制造相对复杂。在天线组件的正面布置突出部的一种替代方法是该解决方案增加了天线的整体厚度。

根据本公开的用于汽车雷达应用的天线装置通常包括被配置为接收输入射线的天线组件。根据应用，天线组件还可以被配置为发射输出的射线和接收输入的射线。该天线组件包括正面，其中布置有至少一个天线孔径，该天线组件被配置为接收以撞击在天线孔径区域中的初级射线形式的输入信号。天线组件通常在内部包括波导结构，至少一个天线孔径通过该波导结构互连至电子部件和/或印刷电路板。根据设计，布置在天线组件的正面处的天线孔径可以被设计为喇叭天线或者替代地设计为正面内的狭槽。当天线装置包括例如由金属、金属化塑料或任何表面导电材料制成并且彼此齐平安装的两层时，可以实现有利的简单设计。这两层可以由适合于铸造或注射成型的不同材料制成，包括电磁吸收材料。替代地可以使用吸收材料来避免干扰。

对于基于波导技术的天线组件的大规模生产，典型的技术包括使用堆叠层来制造部件以及连接这些层的相关连接技术。由于表面精加工对于毫米波也很重要，因此天线组件被设计具有精确的拔模角和半径，从而实现天线组件各层的良好可模塑性。金属化技术如PVD、溅射、喷涂、电镀涂敷也可用于至少部分地金属化天线组件的正面和/或至少一个天线孔径。在优选变型中，天线组件是水平极化的，其中半功率波束宽度(HPBW)在方位角平面(水平平面，相应地E平面)中在正/负15°至正/负75°的范围内。在仰角平面中，HPBW可以是例如在仰角(垂直平面，相应的H平面)中正/负1°至正/负3°。主波束通常指向视轴。当天线罩安装到天线组件上时，在汽车雷达应用的工作频段(76-81GHz)内，天线罩到天线的距离通常为λ/2(约1.9毫米)。λ＝lambda特此代表波长。

邻近至少一个天线孔径，天线组件的正面还包括散射元件，通过该散射元件，撞击在散射元件的区域中的初级射线至少部分地被散射元件反射，并由此分离成第一次级射线和第二次级射线，使得第一次级射线和第二次级射线不同，使得它们通过干涉至少部分地彼此抵消。当散射元件相对于正面被设计为突出部和/或凹口或其组合时，可以获得良好的结果。根据设计，至少一个凹口的深度可以与特定的相位分布相关联，该特定的相位分布的目标是获得一种反射，该反射抵消通过干涉以不希望的方式反射的射线。相变通常由至少一个凹口的底表面上的反射引起。当至少一个凹口的底表面是布置成相对于天线组件的正面基本上平行的基本上平坦的表面时，能够实现良好的结果。优选地，散射元件在正面中具有布局(覆盖区)，该布局是以下元素或其组合的组中的至少一个元素：矩形、正方形、圆形、椭圆形、C形、环形，S形。散射元件可以设计为具有单偏振(矩形、椭圆形、S形、C形)或多偏振(正方形/圆形/环形)。至少一凹陷的布局与电磁波的工作频率及极化相关。对于矩形/椭圆形和正方形/圆形，散射元件在垂直于偏振矢量的方向上的延伸可以对应于大约0.7λ(自由空间)。环形散射元件的周长可以对应于长度的两倍。使用S形和C形散射元件来减小尺寸。相变通常由至少一个凹口的深度引起。至少一个凹口的深度的典型尺寸是λ/2。至少一个凹口的孔径的布局的典型尺寸是λ/4乘以0.7λ。对于波长为77GHz的汽车应用，这导致至少一个凹口的深度约为1.4mm，并且至少一个凹口的孔径的布局为1mm乘以2.8mm。在优选的变型中，散射元件具有垂直于正面的横截面，该横截面基本上为矩形和/或金字塔形和/或其组合。

当散射元件具有T形布局或十字形布局时，可以获得良好的结果。T形布局可以由水平矩形与垂直矩形相邻布置而形成。替代地，可以由水平矩形和垂直矩形形成十字形布局，其中水平矩形的中心点和垂直矩形的中心点重合。T形和十字形布局都允许消除水平和垂直极化波两者。当散射元件被设计为齐平安装在正面中的凹口时，天线组件具有相当薄的整体厚度。包括天线组件的天线装置还具有以下优点：天线罩可以与天线组件的正面齐平安装，该天线组件包括以凹口形式的散射元件。突出部和/或凹口被配置为至少部分地反射未撞击在天线孔径的区域中的初级射线。所述次级射线以某种方式受到突出部和/或凹口的影响，使得初级射线的反射部分——第一次级射线和第二次级射线——由于干涉而在很大程度上彼此抵消。与盲/虚拟天线相比，散射元件不需要额外的波导布线。对于设计为包括前层和后层的天线组件，突出部或凹口通常仅布置在前层处。因此，可以显著降低复杂性和额外的生产工作量。散射元件通常具有共振特性，因此它们的尺寸与波长密切相关。散射元件优选地被配置为扰乱电磁场分布，使得在天线组件的正面处产生特殊的电流分布。优选地，引入相位延迟，使得以不希望的方式反射的射线由于彼此干扰而被减少或抵消。

当散射元件以散射元件的周期性或准周期性图案布置在天线组件的正面时，可以获得良好的结果。具有散射元件图案的散射元件优选地布置成行和/或列。散射元件可以例如布置成至少两个平行的行。该至少两行通常相对于彼此横向间隔开。优选地，每行的散射元件彼此等距间隔开。为了实现第一次级射线和第二次级射线由于干涉而彼此抵消的反射，两个相邻行的散射元件通常在行的方向上彼此偏移。两个相邻行的散射元件优选地在行的方向上彼此偏移，在行的方向上或在垂直于行的方向的方向上具有基本上λ/2的空间位移，使得实现180°的相位差，使得反射射线通过干涉相互抵消。与至少一个天线孔径相邻地布置在正面处的散射元件优选地布置为相对于至少一个天线孔径基本上平行，使得可以消除水平平面射线。替代地，至少一个天线孔径可以放置在天线组件的垂直平面中，使得垂直平面中的射线可以被抵消。根据散射元件对天线顶面覆盖范围的百分比，可以实现散射系数降低65％以上。根据天线组件正面处的散射元件的周期间隔(p)和散射元件的数量，产生0°到180°之间的相位，而不是没有散射结构的均匀相位分布。周期间隔被定义为相邻行的两个散射元件之间的横向距离。在优选变型中，散射元件基于滑动对称性(滑动反射)被布置在天线组件的正面处。因此，散射元件优选地相对于至少一个天线孔径成镜像并且相对于至少一个天线孔径在横向方向上移位。这种特殊的周期性支持生成所需的0°和180°相位分布。理想地，沿期望方向邻近至少一个天线孔径布置的散射元件的数量可以是无限的。在理论上可行的变型中，散射元件的数量可以减少到1。在优选变型中，周期间隔是λ/2的倍数。减少干扰的一种不同的方法是使用具有随机深度的散射元件，从而产生反射阵列状结构，该结构具有随机相位分布，使得干扰波以扩散方式散射。布置在正面的散射元件在长度上也可以不同。在变型中，散射元件可以各自具有基本上相同的长度，该长度被定义为基本长度。在替代变型中，多个散射元件也具有基本长度，并且剩余的散射元件具有基本长度的两倍或多倍的长度。当剩余的散射元件具有基本长度的两倍或四倍时，可以获得良好的结果，但奇数倍也是可能的。优选地，具有基本长度和两倍基本长度的散射元件以交替方式布置。

在一个变型中，散射元件布置成至少两个平行的行。该至少两行通常相对于彼此横向间隔开。优选地，每行的散射元件彼此等距地间隔开，并且至少两行在行的方向上彼此偏移，在行的方向上具有基本上λ的空间位移。基本上λ的位移允许附加散射元件可以被布置在两个相邻散射元件之间，该附加散射元件可以被布置为相对于至少两行的散射元件基本上垂直。相对于行的方向的垂直位移还使得可以消除来自垂直极化的波的反射。沿行的方向布置的散射元件被配置为抵消水平极化波，并且旋转90°布置的散射元件被配置为抵消垂直极化波。

当天线组件包括至少一个锯齿形外边缘时，可以实现减少辐射方向图中的波纹的良好结果。在优选变型中，天线组件包括至少两个外边缘，该至少两个外边缘是锯齿形的并且相对于天线组件彼此相对地布置。该结构改变了天线边缘上的表面电流的方向，导致撞击场的反向散射的破坏性干扰。而由于天线金属顶面的有限尺寸，边缘效应会引入较小的幅度和相位误差。通过在边缘处增加锯齿结构，可以减少边缘效应的负面影响。除其他外，它还减少了辐射方向图中的纹波，这种纹波通常由于天线边缘的刀刃折射而出现。由于这种措施，可以减少角辐射方向图的标准偏差，这对于雷达的最佳性能至关重要。锯齿可以通过改变塑料的3D形状或通过在边缘上选择性金属化来实现。

在优选变型中，天线装置包括至少部分地覆盖天线组件的正面的天线罩。理论上，最佳方案是天线罩与由类似于空气的材料制成的天线罩或极薄的天线罩相互作用，从实际机械角度来看，其用途有限。已知的天线罩相对于天线组件的距离基本上为λ/s距离(对于77GHz汽车天线罩约为2mm)。通常选择该距离以避免天线组件和天线罩之间的强烈相互作用。利用根据本公开的天线罩，天线组件和天线罩之间的距离可以减小到基本上为零。在优选变型中，天线罩具有至少部分齐平安装到天线组件的正面的背面。以凹口形式的散射元件使得天线罩可以与天线组件齐平安装。当天线罩为板形且具有基本均匀的厚度时，可以获得良好的结果。在一优选变型中，天线罩的背面可以具有至少一个被配置为改善辐射的凹槽。通常，由天线组件辐射的一部分能量保持被天线罩捕获。该凹槽使天线罩的厚度最小化，因此辐射损失最小化。在替代变型中，天线罩的背面遵循正面和散射元件的轮廓。因此，天线罩可以具有与布置在天线组件的正面处的散射元件的图案相对应的突出部图案，并且因此可以减小散射结构的深度。突出部优选地在安装状态下接合凹口。在一种变型中，天线罩在至少一个天线孔径上方的区域中包括圆顶形透镜，使得输入的初级射线相对于天线孔径聚焦。

除了邻近至少一个天线孔径布置在天线组件的正面上的散射元件之外，天线组件的正面还可至少部分地由吸收材料制成或包括吸收材料。虽然散射元件被配置为至少部分地反射在散射元件的区域中撞击的初级射线，并由此将它们分离成第一次级射线和第二次级射线，但是吸收材料被配置为至少部分地吸收在吸收材料的区域中撞击的初级射线。吸收材料可以完全或部分覆盖天线组件。当吸收材料以层的形式布置在正面上或正面中，从而基本上覆盖除了由至少一个天线孔径覆盖的区域和由散射元件覆盖的区域之外的整个正面时，可以获得良好的结果。

吸收材料可以以单独的吸收材料层的形式组装到天线组件，该吸收材料层与天线组件的正面结合。吸收材料层可以通过紧固手段(例如通过螺丝拧紧或夹紧)机械地结合。替代地或附加地，吸收材料层可以通过焊接、胶合、热冲压、夹住、压配合、焊接等来结合。吸收材料通常是树脂或复合材料，例如具有电磁吸收特性的混合材料。吸收材料可以通过将其嵌入天线组件的正面来组装，优选地通过将其注射成型到基础材料的空腔中，或者布置在正面上。

当天线组件通过多组分注射成型或模内装饰来制造时，可以实现高效的制造工艺。多组分注射成型工艺通常包括多于一种塑料材料，其中至少一种塑料材料具有电磁(EM)吸收特性。替代地或附加地，天线组件可以经历完整的或选择性的表面处理工艺。一旦制造出天线组件的前层和后层，就可以将一层涂料或涂层至少部分地施加到天线组件的正面。涂料或涂层优选还具有电磁(EM)吸收特性。在变型中，天线组件的塑料材料可以具有电磁(EM)吸收特性。在替代变型中，天线组件的正面可以在第一步中完全金属化，并且在第二步中在期望电磁吸收的区域中部分地去除金属化。

替代地或附加地，吸收材料可以布置在天线罩的内侧上，在安装状态下面向天线组件。吸收材料的单独层可以使用连接技术连接到天线罩，例如螺丝连接、夹紧、焊接、胶合、热冲压、夹住、压配合、焊接等。吸收材料可以附接到或嵌入到天线罩中。吸收器还可以以相对于天线罩一定距离的方式组装。根据本公开的天线组件通常是天线装置的一部分。在一种优选变型中，天线装置包括电子部件、印刷电路板(PCB)以及至少一个天线组件和天线罩。通常，天线装置的元件被封装在由天线罩密封的壳体中以提供机械保护。尽管通常需要天线罩来保护天线组件免受环境影响，但天线罩通常以不希望的方式与天线组件的辐射特性相互作用，并对辐射方向图、增益和相位纯度产生负面影响。在天线装置的变型中，电子部件布置在印刷电路板上。来自电子部件(例如，安装在PCB板上的雷达芯片)的信号通常耦合到波导馈送孔径中，并且朝至少一个天线孔径传播，该天线孔径被配置为通过充满空气的中空波导结构发射射线输出信号。至少一个天线孔径被配置为发射射线输出信号，该射线输出信号预计被外部物体反射并且至少部分地作为初级射线返回。被配置为发射射线输出信号的至少一个天线孔径优选地布置在天线组件的正面处。至少一个中空波导结构布置在底部天线层内或者部分地布置在两个层内，并且将至少一个馈送孔径和被配置为发射射线输出信号的天线孔径互连。替代地或附加地，波导结构还可以被设计为脊形波导、间隙波导或脊形间隙波导。天线组件还可以包括布置在天线组件的正面处的多个天线孔径和被配置为发射射线输出信号的天线孔径，其中被配置为发射射线输出信号的天线孔径可以用作发射器(TX)并且至少一个天线孔径用作接收器(RX)。每个天线孔径由至少一个辐射元件组成，该辐射元件可以是喇叭和/或槽形元件。至少一个天线孔径可以被设计为单个辐射元件和/或辐射元件阵列。中空波导结构的壁、至少一个天线孔径、波导通道、波导分离器和波导阵列可以是金属的或金属化的。天线组件的所有变型优选地被设计为使得它们适合于模制制造技术。天线组件优选地通过金属化塑料注射成型或压铸来制造。因此，天线组件的角通常是倒圆的，使得所有垂直边缘都具有半径并且所有散射元件都具有拔模壁。散射元件优选地被设计成使得模制技术的可制造性得到改善。这导致天线组件各层具有最佳的表面光洁度和机械稳定性/鲁棒性。除此之外，如果为天线顶层和/或天线底层选择塑料注射成型，则还选择垂直壁的拔模以优化金属化层的厚度和质量。由于针对该构思优选选择的特定金属化技术(例如，PVD、溅射、喷涂)，垂直壁不允许具有足够厚度和质量的金属层来保证在MMW下令人满意的RF性能。在这方面，拔模壁的使用允许具有更宽的投影表面，从而改进金属化工艺。

用于汽车雷达应用的天线装置通常包括芯片(MMIC)，其中雷达在芯片上实现。电子系统/部件通常布置在PCB上。所有这些电子系统/部件都会发射电磁信号，这些信号常常会影响天线装置内的整体噪声水平。雷达芯片的单个通道以雷达的工作频率发射干扰信号，如果使用多个雷达芯片，则可能会在其他雷达通道和/或雷达芯片中引起不需要的串扰。不断寻求提高传感器整体性能的方法需要减轻这种干扰。增加的噪声和干扰会降低雷达传感器的性能，同时增加噪声水平。结果，传感器可能会变得不敏感，从而相应地降低精度甚至检测概率。在印刷电路板天线的情况下，缓解该问题的可能性是有限的。与印刷电路板天线组件相比，具有波导天线组件的天线装置显示出多种优势。天线组件可以包括至少一个金属化腔。金属化腔优选地布置在天线组件的背面。在包括至少两层的塑料波导天线组件的情况下，金属化腔优选地布置在天线组件的后部。该至少一个芯片可以至少部分地布置在金属化腔内，使得来自周围电子部件和/或其他芯片的影响被减小。在本发明构思中，当至少一个空腔包括电磁吸收材料的至少一层和/或涂层时，可以实现良好的结果。在已知的天线组件中，电磁吸收材料的至少一层和/或涂层被填充和/或粘合到至少一个空腔。然而，这增加了天线装置的总成本。当被配置为吸收电磁噪声和/或不需要的射频的吸收材料已经通过注射成型布置在天线组件处时，可以获得良好的结果。优选地，天线组件被注射成型，使得在第二步骤中注入天线组件的基础材料之前将至少一层吸收材料注入到空腔中。当吸收材料通过注射成型与天线组件互连时，可以获得良好的结果。在优选变型中，天线组件被制造为具有两个或更多个部件的金属化塑料天线，其中塑料天线或塑料天线的至少一层包括被配置为减少干扰的至少部分吸收材料。吸收材料优选地布置在天线组件处的芯片区域中和/或芯片上方。天线组件的包括吸收材料(有损耗材料)的部分可以不涂覆或者涂覆非常薄的金属层。因此，由于这种材料中的吸收，可以减少来自芯片和/或电子部件的、导致电磁兼容性问题的不想要的电磁辐射。因此，雷达传感器的性能可以得到维持，并且不需要吸收器填充的额外费用。在变型中，天线组件可以仅由吸收材料制成。在此变型中，天线另外被部分金属化。优选地，天线组件在背面上至少部分地被吸收材料覆盖。相同的方面可以用于减轻如上所述的保险杠相互作用的问题。如果用于注射成型的材料之一具有射频吸收特性，并且该材料用于构成孔径之间的天线组件的正面，则从天线组件的正面反射的次级射线的能量可大大减少。天线组件的包含有损耗材料的部分可以不涂覆或者涂覆非常薄的金属层以实现所需的功能。因此，申请人保留将分案专利申请集中于上述附加发明构思的权利。

应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述均呈现了实施例，并且旨在提供用于理解本公开的本质和特征的概述或框架。附图被包括以提供进一步的理解，并且被并入本说明书并构成本说明书的一部分。附图示出了各种实施例，并且与描述一起用于解释所公开的构思的原理和操作。

附图说明

根据本文下面给出的详细描述和附图，将更充分地理解本文描述的公开内容，不应将附图视为限制所附权利要求中描述的公开内容。这些附图示出：

图1示出天线组件的第一实施例的透视图；

图2示出仰角剖面(左)和方位角剖面(右)中无保险杠和有保险杠的辐射方向图的比较；

图3示出天线组件的第二实施例，所述天线组件包括两个为锯齿形的外边缘；

图4示出没有锯齿边缘(蓝色)和有锯齿边缘(橙色)的辐射方向图的比较；

图5示意性地示出将初级射线分开成第一和第二次级射线；

图6示意性地示出了散射元件的第一和第二实施例；

图7示出散射元件的多种合适的布局；

图8示意性地示出了散射元件的第一布置；

图9示意性地示出了散射元件的第二布置；

图10示意性地示出了具有T形布局的散射元件的实施例；

图11示意性地示出了具有十字形布局的散射元件的实施例；

图12以透视图示出天线罩的第一实施例，其中天线罩被折叠为以90°离开天线组件；

图13以剖面图示出根据图8的第一实施例；

图14以透视图示出天线罩的第二实施例，其中天线罩被折叠为以90°离开天线组件；

图15以剖视图示出根据图10的第二实施例；

图16以透视图示出天线罩的第三实施例，其中天线罩被折叠为以90°离开天线组件；

图17以剖视图示出根据图12的第三实施例；

图18以透视图示出天线罩的第四实施例；

图19以剖视图示出根据图14的第四实施例；

图20以俯视透视图示出具有切口的天线装置的第一实施例；

图21以分解图示出根据图16的天线装置的实施例；

图22以俯视透视图示出具有切口的天线装置的第二实施例；

图23从后面以分解图示出根据图18的天线装置的实施例；

图24示出天线组件的第三实施例的透视图；

图25示出根据图24的天线组件第三实施例的分解透视图；

图26示出天线组件的第四实施例的透视图；

图27示出根据图26的天线组件的第四实施例的分解透视图；

图28以透视图示出天线罩的第五实施例；

图29以透视分解图示出天线罩的第五实施例。

具体实施方式

现在将详细参考某些实施例，其示例在附图中示出，附图中示出了一些但不是全部特征。实际上，本文公开的实施例可以以许多不同的形式来实施，并且不应被解释为限于本文阐述的实施例；而是，提供这些实施例使得本公开将满足适用的法律要求。只要有可能，相似的附图标记将用于指代相似的部件或部分。

图1示出了天线组件2的第一实施例的透视图。如图1中最佳可见，用于汽车雷达应用的天线装置1的天线组件2包括正面3，在正面3中布置至少一个天线孔径4，其被构造为接收以撞击在天线孔径4中的初级射线5的形式的输入信号。在所示变型中，存在成组布置(由虚线示意性地指示)的若干天线孔径4。天线组件2的正面3包括邻近至少一个天线孔径4的散射元件6，通过散射元件6，如图5示意性所示的，在散射元件6的图案的区域中撞击的初级射线5至少部分地被散射元件6反射并由此分离成第一次级射线7和第二次级射线8，使得第一次级射线7和第二次级射线8至少部分地通过干涉彼此抵消。所示的散射元件6相对于正面3被设计为凹口10。替代地，散射元件还可以被设计为突出部9和/或突出部和凹口10的组合。所示的散射元件6布置成平行行11，其中每行的散射元件彼此等距间隔开。在所示实施例中，两个相邻行的散射元件6相对于彼此以周期间隔13布置，使得反射的第一和第二次级射线的相移为180°。在优选的变型中，周期间隔13是λ/2的倍数。从图2中可以看出，该图显示了图2a中的仰角剖面(左)和图2b中的方位角剖面(右)中没有保险杠和有保险杠的辐射方向图的比较。从图2a和2b可以看出，散射元件抑制了辐射方向图中的波纹。图2a和2b中的图表显示了天线组件随角度变化的方向性。可以看出，虚线示出了没有散射元件的天线组件的性能34，而实线示出了具有散射元件6的天线组件的性能35。

图3和图4示出了金属化天线组件2的实施例，其中天线组件2包括两个外边缘15，在示出的实施例中，外边缘15为锯齿形23并且相对于天线组件2彼此相对地布置。锯齿形23外边缘15改变正面3处的电流方向，使得天线组件2的外边缘15引起撞击场的反向散射的相消干扰。虽然较小的幅度和相位误差由天线组件2的外边缘15引入，但由于天线的金属顶表面的有限尺寸而产生影响。锯齿形23外边缘15被配置为减少边缘效应的负面影响。锯齿形状23可通过改变塑料的3D形状或通过在外边缘15上选择性金属化来实现。如图4中可见，锯齿形23外边缘15减少了辐射方向图中的波纹，波纹通常由于天线组件2的外边缘15上的刀刃折射而出现。锯齿形15的外边缘23被配置为减小角辐射方向图的标准偏差，这对于天线装置1的最佳性能至关重要。图4中的图表显示了天线组件随角度变化的方向性。可以看出，虚线示出了没有锯齿形外边缘的天线组件的性能36，而实线示出了具有锯齿形外边缘15的天线组件的性能37。

图5示意性地示出了初级射线5分离成第一次级射线7和第二次级射线8。入射初级射线5被天线组件2反射。第一入射初级射线5被天线组件2的正面3反射。第二入射初级射线5被散射元件6反射。由于散射元件6的几何形状，所得的第一次级射线7和第二次级射线8确实具有λ/2的相位差。如虚线所示，第一次级射线7和第二次级射线8相位相反，因此由于相消干涉而彼此抵消。图6示意性地示出了散射元件6的两种变型。所示实施例的不同之处在于散射元件6的长度不同。第一实施例的散射元件6(图中左侧)各自具有基本相同的长度，该长度被定义为基本长度。第二实施例的散射元件6(图中的右侧)也具有基本长度或两倍的长度。优选地，基本长度和两倍基本长度的散射元件6以交替方式布置。两个相邻行12的散射元件6在行的方向上彼此偏移大约λ/2的空间位移，使得在行的方向上或在垂直于行的方向上实现180°的相位差使得反射射线通过干涉相互抵消。图7a至i示出了用于散射元件6的多种合适的布局14几何形状(覆盖区)。在优选变型中，布局14对应于以下元件或其组合的组中的至少一个元件：矩形(图7a、b)、正方形(图7c、d)、椭圆形(图7e)、圆形(图7f)、S形(图7g)、C形(图7h)、环形(图7i)。

图8和图9示意性地示出了散射元件6的第一布置(图8)和第二布置(图9)。所示的散射元件6布置成至少两排平行的行。该至少两行通常相对于彼此横向间隔开。所示的每行散射元件6彼此等距间隔开。在所示的变型中，所示的两个相邻行的散射元件6在行的方向上以至少λ/2的空间位移彼此偏移。当空间位移对应于行方向上的λ时，可以获得良好的结果。这种设计具有以下优点：可以布置额外的散射元件6，其布置为相对于两行基本垂直，如从图9中可以最佳地获得的。相对于行的方向的垂直位移使得还可以消除垂直极化波的反射。沿行的方向布置的散射元件6被配置为抵消水平极化波，并且旋转90°布置的散射元件6被配置为抵消垂直极化波。

图10和11示出了具有T形布局的散射元件6的实施例(图10)和具有十字形布局的散射元件6的实施例(图11)。图10所示的散射元件具有T形布局，其由水平矩形与垂直矩形相邻布置而形成。这种布局可以既消除水平极化波又消除垂直极化波。这同样适用于图11所示的十字形布局，其由水平矩形和垂直矩形实现，其中水平矩形的中心点和垂直矩形的中心点重合。这种布局可以既消除水平极化波又消除垂直极化波。

图12和13以透视图示出天线罩16的第一实施例，其中天线罩16以90°远离天线组件折叠。图13以剖视图示出了根据图12的第一实施例。所示的天线罩16基本上与天线组件2的正面3齐平安装，其中天线罩16的背面17基本上齐平安装到天线组件2的正面3。这具有以下优点：可以防止天线罩16发出的初级射线5，并且电磁射线不会辐射到空气中并在天线罩16上反弹，因为它们直接从天线罩16辐射出。此外，齐平安装的天线罩16减小了天线装置1的整体厚度。第一实施例的天线罩16包括布置在天线罩16的背面17处的凹部24，该凹部24与布置在天线组件2的正面3处的至少一个天线孔径4基本上一致。凹部24可以基本上是矩形的。通过总厚度为2mm(λ/2自由空间)的天线罩16，由天线组件2辐射的能量的大部分将以表面波的形式保持在天线罩16中被捕获。凹部24通过使天线罩16至少在与天线孔径4一致的区域更薄来克服这个问题。

图14和15以透视图示出天线罩16的第二实施例，其中天线罩16以90°远离天线组件折叠。图15以剖视图示出了根据图14的第二实施例。所示的天线罩16基本上与天线组件2的正面3齐平安装，其中天线罩16的背面17基本上齐平安装到天线组件2的正面3。此外，所示实施例的天线罩16包括至少一个突出部25，该突出部25布置在天线罩16的背面17处并且朝向天线组件的正面4突出。布置在天线罩16的背面17处的至少一个突出部25被配置为至少部分地接合并且部分地填充至少一个散射元件6。这具有积极的效果，即，由于突出部25的介电负载，可以减小散射元件6的深度(d)。这还能够进一步总体减小天线组件2的厚度，因此也可以减小天线装置1的厚度。

图16和17以透视图示出天线罩的第三实施例的，其中天线罩以90°远离天线组件折叠。图13以剖视图示出了根据图12的第三实施例。所示天线罩16基本上与天线组件2的正面3齐平安装，其中天线罩16的背面17基本上齐平安装到天线组件2的正面17。此外，所示天线罩16包括多个沟槽26。沟槽26布置在天线罩16的背面17处，并且优选地布置为彼此间隔开并且平行于至少一个天线孔径4。天线组件2的正面3还包括多个条27，这些条27彼此平行布置并且基本上垂直于至少一个天线孔径3。多个条27被设计成与布置在天线罩16的背面17处的对应数量的凹槽28接合。沟槽26的数量被配置为减少表面波。多个条27被配置为改善天线组件2的辐射方向图并阻止表面波在垂直方向上的传播。布置在天线罩16的背面17处的沟槽26的尺寸以及条27的数量取决于天线罩16的厚度和天线罩16材料的介电常数。对于介电常数为3.46的1.4mm厚的天线罩，沟槽26的高度(h)为1mm且宽度(w)为0.7mm。壁厚ws为0.4mm，hs为0.4mm。

图18和19示出包括至少一个透镜28的天线罩16的实施例，其中透镜28被设计成使得大部分功率可以在天线组件2的正面3处沿视轴方向辐射，从而避免激励表面波，因为透镜28有助于准直沿视轴方向的功率。这些技术利用了天线组件2和天线罩16的3D结构。此外，透镜28有助于减小天线孔径4的尺寸，这在术语上可以缓和用于波束形成器的适当功能的天线放置与对天线的波束宽度和方向性的要求之间的矛盾。透镜28的半径很大程度上取决于天线罩16的材料和天线孔径4的类型。

图20和图21示出了天线装置1的第一实施例，其中天线组件布置在壳体30内。在示出的实施例中，天线组件2基本上完全被壳体30封装。示出的天线组件2被设计为波导天线。至少一个天线孔径4连接到布置在天线组件2内部的中空波导结构31。中空波导结构31互连到电子部件32。在所示实施例中，电子部件32相对于天线组件2的正面3被布置在天线组件2的背面。天线装置1还包括印刷电路板33以及设置在其上的电子部件32。除了设置在正面3处的至少一个天线孔径4之外，所示的天线组件2还包括至少一个天线孔径4，其被配置为发射射线输出信号，该射线输出信号预计将被外部物体反射并至少部分地作为初级射线5返回。替代地，至少一个天线孔径4也可设计为喇叭天线。所示实施例的散射元件6具有垂直于正面的横截面，该横截面基本上为矩形和/或金字塔形和/或其组合。散射元件6在正面中具有布局14，该布局14在所示的变型中为矩形。如图16中最佳可见，所示的天线罩16被布置为与天线组件2的正面3间隔开。替代地，天线罩16还可以与天线组件2的正面3齐平安装。在一个变型中，天线组件2可以至少在散射元件6的区域中被部分地覆盖或者由至少部分地吸收初级射线5的材料构成。

图22和图23示出了天线装置1的第二实施例，其中天线组件2布置在壳体30内。在示出的实施例中，天线组件2基本上完全被壳体30封装。示出的天线组件2被设计为作为波导天线。至少一个天线孔径4连接到布置在天线组件2内部的中空波导结构31。中空波导结构31互连到电子部件32。在所示实施例中，电子部件32相对于天线组件2的正面3被布置在天线组件2的背面。天线装置1还包括印刷电路板33以及设置在其上的电子部件32。除了布置在正面3处的至少一个天线孔径4之外，所示的天线组件2还包括至少一个天线孔径4，其被配置为发射射线输出信号，预计该射线输出信号将被外部物体反射并至少部分地作为初级射线5返回。如图16中最佳可见，所示实施例包括一层吸收材料39。所示实施例包括芯片(MMIC)38。所示天线组件通过注射成型制成。天线组件2的所示实施例包括两种注射成型材料，其中它们之一具有电磁吸收特性。吸收材料层39布置在天线组件2的背面处。在一个优选变型中，吸收材料层39和基础材料在一个空腔内的一个生产步骤中制成。优选地通过二组分注射成型。

图24和图25示出了天线组件2的第三实施例的透视图。在所示实施例的正面3中，天线孔径4被布置配置为接收以撞击在天线孔径4中的初级射线5的形式的输入信号。所示的天线孔径4成组布置。所示的散射元件6相对于正面3被设计为凹口10。此外，所示的散射元件6中的一些被布置成平行的行11，其中每行的散射元件6彼此等距地间隔开。除了与至少一个天线孔径4相邻地布置在天线组件2的正面3上的散射元件6之外，所示的天线组件2还包括一层吸收材料40。虽然散射元件6被配置为至少部分地反射撞击在散射元件6的区域中的初级射线5并由此将它们分离成第一次级射线7和第二次级射线8，所示的吸收材料层40至少部分地吸收在吸收材料处撞击的初级射线5。从图中可以看出，吸收材料层40可以完全或部分地覆盖天线组件2。在所示变型中，吸收材料层40布置在正面3上或正面3中，并且基本上覆盖整个正面3，除了由天线孔径4覆盖的区域和由散射元件6覆盖的区域之外。

从图25可以最佳地看出，所示的吸收材料层40以单独的吸收材料层40的形式组装到天线组件2，其与天线组件2的正面3结合。吸收材料40可以通过紧固手段机械地结合，例如通过用螺丝拧紧或夹紧。所示的吸收材料层40可以通过焊接、胶合、热冲压、夹住、压配合、焊接等来结合。所示的吸收材料40由树脂或复合材料制成，例如具有电磁吸收特性的混合材料。所示吸收材料40将其嵌入到天线组件2的正面3中，嵌入到布置在正面3中的腔41中。

图26和图27示出了天线组件2的第四实施例的透视图。所示实施例与图24和图25所示的第三实施例类似。除了与至少一个天线孔径4相邻地布置在天线组件2的正面3上的散射元件6之外，所示的天线组件2还包括一层吸收材料40。从图中可以看出，吸收材料40可以完全或部分覆盖天线组件2。在所示变型中，吸收材料40布置在正面3上或正面3中，并且基本上覆盖整个正面3，除了由天线孔径4覆盖的区域和由散射元件6覆盖的区域之外。

从图27可以最好地得出，所示的实施例与图24和25所示的实施例的不同之处在于，吸收材料层40以单独的吸收材料40的形式组装到天线组件2，其布置在天线组件2的正面3上。所示的吸收材料40可以通过紧固手段(例如通过用螺丝拧紧或夹紧)机械地结合。所示的吸收材料层40可以通过焊接、胶合、热冲压、夹住、压配合、焊接等来结合。所示的吸收材料40由树脂或复合材料制成，例如具有电磁吸收特性的混合材料。当天线组件2通过多组分注射成型或模内装饰来制造时，可以实现用于所示实施例的高效制造工艺。多组分注射成型工艺通常包括多于一种塑料材料，其中至少一种塑料材料具有电磁(EM)吸收特性。替代地或附加地，天线组件2可以经历完整的或选择性的表面处理工艺。一旦制造出天线组件的前层和后层，就可以将一层涂料或涂层至少部分地施加到天线组件2的正面3。

图28和图29以透视图示出天线罩16的第五实施例。在所示实施例中，吸收材料40布置在天线罩16的内侧上，在安装状态下面向天线组件2。单独的吸收材料40使用连接技术连接到天线罩16，例如螺丝连接、夹紧、焊接、胶合、热冲压、夹住、压配合、焊接等。吸收材料40可以附接到或嵌入到天线罩16中。所示吸收材料40还可以相对于天线罩16以一定距离组装。

更确切地说，说明书中使用的词语是描述性的词语而不是限制性的，并且应当理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可以做出各种改变。

名称列表

1天线装置 22电子部件

2天线组件 23锯齿形

3正面 24凹槽(天线罩)

4天线孔径 25突出部

5初级射线 26沟槽

6散射元件 27条

7第一次级射线 28透镜

8第二次级射线 29凹槽

9突出部 30壳体

10凹口 31波导结构

11两个平行的行 32电子部件

12两个相邻的行 33印刷电路板

13周期间隔 34无散射元件的方向性

14布局 35带有散射元件的方向性

15外边缘 36无锯齿形状的方向性

16天线罩 37带有锯齿形状的方向性

17背面 38芯片(MMIC)

18圆顶形透镜 39吸收材料(背面)

19输出射线 40吸收材料(正面/天线罩)

20空心波导结构 41腔(正面)

21印刷电路板

Claims (24)

1.用于汽车雷达应用的天线装置(1)，包括

a.天线组件(2)，所述天线组件包括正面(3)，在该正面(3)中布置有至少一个天线孔径(4)，所述天线组件被配置为接收以撞击在至少一个天线孔径(4)中的初级射线(5)的形式的输入信号，和

b.正面(3)包括邻近至少一个天线孔径(4)的散射元件(6)，通过所述散射元件(6)，撞击在散射元件(6)的区域中的初级射线(5)至少部分地被散射元件(6)，从而分离成第一次级射线(7)和第二次级射线(8)，使得第一次级射线(7)和第二次级射线(8)通过干涉至少部分地彼此抵消。

2.根据权利要求1所述的天线装置(1)，其中所述散射元件(6)相对于所述正面(3)被设计为凹口(10)和/或突出部(9)或其组合。

3.根据权利要求1或2所述的天线装置(1)，其中所述散射元件(6)布置成至少两个平行的行(11)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的天线装置(1)，其中每行的散射元件(6)彼此周期性地或准周期性地间隔开。

5.根据权利要求4所述的天线装置(1)，其中每行的散射元件(6)彼此之间以及所述行之间周期性地或准周期性地彼此间隔开。

6.根据前述权利要求中任一项所述的天线装置(1)，其中两个相邻行(12)的散射元件(6)在所述行的方向上彼此偏移，在所述行的方向上和/或在与行的方向垂直的方向上具有基本上λ/2的空间位移，使得实现180°的相位差，使得反射射线通过干涉而彼此抵消。

7.根据前述权利要求中任一项所述的天线装置(1)，其中两个相邻行(12)的散射元件(6)在所述行的方向上以基本上为λ的空间位移彼此偏移，并且移位的散射元件(6)布置在相应行的两个相邻散射元件(6)之间。

8.根据权利要求7所述的天线装置(1)，其中所述移位的散射元件(6)被布置为基本上垂直于所述行的方向。

9.根据前述权利要求中任一项所述的天线装置(1)，其中所述散射元件(6)以散射元件(6)的周期性或准周期性图案布置。

10.根据前述权利要求中任一项所述的天线装置(1)，其中所述散射元件(6)具有垂直于所述正面(3)的横截面，所述横截面基本上为矩形和/或金字塔形和/或它们的组合。

11.根据前述权利要求中任一项所述的天线装置(1)，其中所述散射元件(6)在所述正面(3)中具有布局(14)，所述布局(14)是选自下列元素或其组合的组中的至少一个元素：矩形、正方形、圆形、椭圆形、C形、环形、S形、十字形、T形。

12.根据前述权利要求中任一项所述的天线装置(1)，其中在所述散射元件(6)的区域中的所述天线组件(2)被至少部分地覆盖或者由至少部分地吸收所述初级射线的材料组成。

13.根据前述权利要求中任一项所述的天线装置(1)，其中吸收材料(40)布置在所述天线组件(2)处，所述吸收材料(40)至少部分地覆盖所述正面(3)，所述吸收材料被配置为吸收撞击的初级射线(5)。

14.根据前述权利要求中任一项所述的天线装置(1)，其中所述天线组件(2)包括至少两个外边缘(15)，所述至少两个外边缘(15)为锯齿形且相对于所述天线组件(2)彼此相对设置。

15.根据前述权利要求中任一项所述的天线装置(1)，其中所述天线装置(1)包括至少部分地覆盖所述天线组件(2)的正面(3)的天线罩(16)。

16.根据权利要求15所述的天线装置(1)，其中所述天线罩(16)具有至少部分齐平安装至所述天线组件(2)的正面(3)的背面(18)。

17.根据权利要求16所述的天线装置(1)，其中所述天线罩(16)具有部分齐平安装至所述天线的正面(13)的背面(18)，并且具有布置在天线罩背面的至少一个纵向沟槽(26)和/或凹槽(24)，所述沟槽和/或凹槽被设计用于阻止表面波传播。

18.根据权利要求16所述的天线装置(1)，其中天线罩(16)的背面(18)包括至少一个突出部(25)，所述突出部(25)在安装状态中至少部分地接合在天线组件(2)的正面(3)上的所述散射元件(6)。

19.根据权利要求15至18中任一项所述的天线装置(1)，其中所述天线罩(16)在所述至少一个天线孔径(4)的区域中包括圆顶形透镜(28)，使得输入的初级射线(5)相对于天线孔径(4)聚焦。

20.根据前述权利要求中任一项所述的天线装置(1)，其中所述天线组件(2)包括至少一个天线孔径(4)，所述天线孔径(4)被配置为发射射线输出信号(19)，所述射线输出信号预计将被外部物体反射并至少部分作为初级射线(5)返回。

21.根据前述权利要求中任一项所述的天线装置(1)，其中所述天线孔径(4)连接至布置在所述天线组件(2)内部的中空波导结构(20)。

22.根据前述权利要求中任一项所述的天线装置(1)，其中所述天线装置(1)包括印刷电路板(21)和布置在其上的电子部件(22)。

23.根据前述权利要求中任一项所述的天线装置(1)，其中所述天线组件(2)在背面上至少部分地被吸收材料(39)覆盖。

24.根据权利要求23所述的天线装置(1)，其中所述吸收材料(39)通过注射成型互连到所述天线组件。