CN211123248U

CN211123248U - 一种车载mimo雷达天线布局结构

Info

Publication number: CN211123248U
Application number: CN201921861679.8U
Authority: CN
Inventors: 魏巍; 李威; 杨明; 孙权
Original assignee: Shanghai Baolong Automotive Corp
Current assignee: Hefei Baohang Automobile Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2019-10-31
Filing date: 2019-10-31
Publication date: 2020-07-28
Anticipated expiration: 2029-10-31

Abstract

本实用新型揭示了一种车载MIMO雷达天线布局结构，应用于一射频芯片，所述布局结构包括：第一发射天线组，包括沿着第一方向延伸排列的若干个第一发射天线；第二发射天线组，包括沿着所述第一方向延伸排列的若干个第二发射天线；第一接收天线组，包括沿着所述第一方向延伸排列的若干个第一接收天线；其中，所述第二发射天线组在第二方向上位于所述第一发射天线组和所述第一接收天线组之间；所述第二方向和所述第一方向垂直。本实用新型利用轴对称结构，离射频芯片最远端天线到射频芯片管脚的距离为最短，实现馈线损耗最小。且远距发射天线与近距发射天线延不同横行延伸，可以避免天线之间由于天线间距问题导致的布局干涉问题。

Description

一种车载MIMO雷达天线布局结构

技术领域

本实用新型涉及一种车载电子产品领域，尤其是一种车载MIMO雷达天线布局结构。

背景技术

由于各国汽车安全标准的不断提高，导致主动安全技术高级驾驶辅助系统(ADAS)近年来呈快速发展趋势。汽车毫米波雷达因为具有全天候工作，精准度高，抗干扰能力强，穿透能力强，探测距离远，作用时速可达到120公里以上以及不影响车辆整体外观等优势，已成为汽车电子厂商公认的主流选择，拥有巨大的市场需求。

为了实现更高的角分辨率，增大天线孔径是最直接的技术选择。MIMO技术能够在尽可能小的增加雷达尺寸的前提下提高天线口径，成为众多车载雷达厂商的选择。

MIMO即多输入多输出技术，指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量。它能充分利用空间资源，通过多个天线实现多发多收，在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下，可以成倍的提高系统信道容量，显示出明显的优势。MIMO技术的应用，使空间成为一种可以用于提高性能的资源，从而增加无线系统的覆盖范围。MIMO雷达具有虚拟孔径扩展能力及更灵活的功率分配能力,改善系统的能量利用率、测角精度、杂波抑制及低截获能力等性能。

一对发射阵元和接收阵元可以虚拟出一个收发阵元，则对于M发N收的MIMO雷达，发射阵元和接收阵元共有M*N对，即可以虚拟出M*N个收发阵元，其个数一般是远远大于N的，从而实现了阵列孔径的扩展。如2发4收的MIMO雷达，可以形成8元的虚拟阵列，在不增加天线数量的情况下大大提高雷达探测精度。

图1给出了这种2发(TX1、TX2)和4收(RX1～RX4)组合的MIMO虚拟阵元示意图，最终虚拟出RX1～RX4，以及VRX1～VRX4共计8个虚拟阵元。

目前，业界多采用远距离MIMO天线与近距离MIMO天线组合使用，如图2所示的远近距天线覆盖区域示意图。组合使用的目的旨在同时发挥远距离天线与近距离天线的性能优势，即：第一，远距天线性能特点是高增益窄波瓣角度，能够提供远距离目标监测；第二，近距天线性能特点是低增益宽波瓣角度，能够提供近距离广角度目标覆盖，将二者的优点同时发挥出来。

需要特别指出的是，要实现远距天线的高增益特性，需要采用多列天线进行组阵，天线阵列数正比于天线增益，理论上(不考虑损耗)，天线组阵列数增加一倍，天线增益增加3dB,其结果必然导致远距离天线物理宽度较宽。

要实现近距天线宽波瓣角度特性，通常需要采用单列天线来实现，多列天线会带来天线波瓣角度压缩，其结果是近距离天线物理宽度较窄。

基于以上天线特点，不合理的天线布局必然导致天线馈线加长，其结果是馈线损耗增加，天线性能下降。

实用新型内容

应当理解，本公开以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在为如权利要求所述的本公开提供进一步的解释。

本实用新型申请旨在提供一种车载MIMO雷达天线布局方案，其目的是提供一种紧凑的天线布局方案，从而能够减少天线馈线损耗，提升雷达性能。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型提供了一种车载MIMO雷达天线布局结构，应用于一射频芯片，其特征在于，所述布局结构包括：

第一发射天线组，包括沿着第一方向延伸排列的若干个第一发射天线；

第二发射天线组，包括沿着所述第一方向延伸排列的若干个第二发射天线；

第一接收天线组，包括沿着所述第一方向延伸排列的若干个第一接收天线；

其中，所述第二发射天线组在第二方向上位于所述第一发射天线组和所述第一接收天线组之间；

所述第二方向和所述第一方向垂直。

比较好的是，本实用新型进一步提供了一种车载MIMO雷达天线布局结构，其特征在于，

所述第一发射天线组、第二发射天线组和第一接收天线组以所述射频芯片为轴对称排列。

所述第一接收天线组包括覆盖近距离的若干个近距离接收天线和覆盖远距离的若干个远距离接收天线；

其中，所述若干个近距离接收天线设置于分为两组的所述若干个远距离接收天线之间。

所述若干个第一发射天线两两之间、所述若干个第二发射天线两两之间和所述若干个近距离接收天线两两之间、所述若干个远距离接收天线两两之间的相位中心高度差H满足：

H＜λ

其中，λ为所述MIMO雷达天线的工作波长。

所述第一、第二发射天线和第一接收天线包括单列天线和阵列天线，所述阵列天线之间的间距为阵列天线中心之间的距离。

所述覆盖远距离的收发天线与覆盖近距离的收发天线采用分时工作方式。

比较好的是，本实用新型进一步提供了一种车载MIMO雷达天线布局结构，其特征在于，所述布局结构中，

所述第一发射天线组包括2个间距为D1的远距离发射天线，所述第二发射天线组包括2个间距为D2的近距离发射天线，所述第一接收天线组包括分为两组的4个近距离接收天线，所述每组内两两近距离接收天线的间距D5，两组间相邻的两两近距离接收天线的间距D6，所述第一接收天线组还包括分为两组的4个远距离接收天线，所述每组内两两远距离接收天线的间距D3，两组间相邻的两两远距离接收天线的间距D4，其中，所述4个近距离接收天线设置在所述4个远距离接收天线的两组之间；

其中，所述各天线间距满足：

D1＝2×D3

D4＝3×D3

D2＝5×D5+D6。

所述天线组的间距满足：

D4>2×D5+D6。

本实用新型利用轴对称结构，离射频芯片最远端天线到射频芯片管脚的距离为最短，实现馈线损耗最小。且远距发射天线与近距发射天线延不同横行延伸，可以避免天线之间由于天线间距问题导致的布局干涉问题。

附图说明

现在将详细参考附图描述本公开的实施例。现在将详细参考本公开的优选实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。此外，尽管本公开中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本公开说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本公开。

下面，参照附图，对于熟悉本技术领域的人员而言，从对本实用新型的详细描述中，本实用新型的上述和其他目的、特征和优点将显而易见。

图1是MIMO技术中的虚拟阵元的示意图；

图2是MIMO技术中远近距天线覆盖区域的示意图；

图3是本实用新型一较佳实施例的组合示意图；

图4是本实用新型布局结构中远距天线虚拟阵元示意图；

图5是本实用新型布局结构中近距天线虚拟阵元示意图；

图6是本实用新型天线布局图示；

图7是本实用新型收发天线延伸方向示意图；

图8是本实用新型MIMO雷达合成覆盖区域图；

图9示意为相位中心高度差的示意图。

附图标记

TX2、TX3――远距离发射天线

TX1、TX4――近距离发射天线

RX1、RX2――第一组远距离接收天线

RX7、RX8――第二组远距离接收天线

RX3、RX4――第一组近距离接收天线

RX5、RX6――第二组近距离接收天线

具体实施方式

本说明书公开了结合本实用新型特征的一或多个实施例。所公开的实施例仅仅例示本实用新型。本实用新型的范围不限于所公开的实施例。本实用新型由所附的权利要求来限定。

说明书中引用的“一个实施例”、“一实施例”、“一示例性实施例”等等表明所述的实施例可以包括特殊特征、结构或特性，但所有实施例不必包含该特殊特征、结构或特性。此外，这些短语不必涉及相同的实施例。此外，在联系一实施例描述特殊特征、机构或特性时，就认为联系其他实施例(无论是否明确描述)实现这种特征、结构或特性在本领域的技术人员的知识范围之内。

此外，应理解，这里使用的空间描述(例如，之上、之下、上方、左边、右边、下方、顶部、底部、垂直、水平等等)仅用于说明的目的，且这里所描述的结构的实际实现方式可以是按任何定向或方式来在空间上排列。

请参见图3，所示为本实用新型的车载MIMO雷达天线包括覆盖远距离的收发天线与覆盖近距离的收发天线，且按照三层布局横向延伸设置的一个较佳实施例。结合图3所示的布局，详细描述该技术方案如下：

在该一种车载MIMO雷达天线布局结构中，包括覆盖远距离的收发天线包含2个远距离发射天线TX2、TX3，和4个远距离接收天线RX1、RX2、RX7、RX8；以及覆盖近距离的收发天线包含2个近距离发射天线TX1、TX4，和4个近距离接收天线RX3、RX4、RX5、RX6。

上述远、近距离发射、接收天线按照三层布局排列，具体如下：

第一层：覆盖远距离的发射天线TX2、TX3沿第一横行方向延伸；

第二层：覆盖近距离的发射天线TX1、TX4沿第二横行方向延伸；

第三层，覆盖远距离的接收天线RX1、RX2、RX7、RX8及覆盖近距离的接收天线RX3、RX4、RX5、RX6沿第三横行方向延伸。

其中，虽然近、远距离接收天线都排列在第三横行方向，但分为两组，其中覆盖远距离的4个接收天线RX1、RX2、RX7、RX8被分成两组，其中RX1、RX2为第一组，两两之间间距为D3；RX7、RX8为第二组，两两之间间距也为D3，远距离两组接收天线之间的间距为D4。

上述的远距离发射天线TX2和TX3、以及远距离接收天线RX1、RX2、RX7、RX8之间的间距D1、D3、D4之间满足以下关系：

D1＝2×D3 (1)

D4＝3×D3 (2)

需要说明的是，其中单列天线之间的间距为单列天线之间的距离，阵列天线之间的间距为阵列天线中心之间的距离。

图3所示的实施例中，两远距离发射天线TX2和TX3都分别是由8×10个无线单元组成的阵列天线，图示中D1即为两阵列天线中心之间的距离。近距离发射天线TX1和TX4是单列天线，故其二者之间距离D2即为该二单列天线之间的距离。

在第三层中，覆盖近距离的4个接收天线RX3、RX4、RX5、RX6同样也被分成两组，其中RX3、RX4为第一组接收天线，两两间距为D5；RX5、RX6为第二组接收天线，两两间距也为D5。第一、第二组接收天线的间距为D6，近距离发射天线TX1、TX4之间的间距D2与第一、第二组近距离接收天线组RX3～RX6的D5、D6之间的关系需满足：

D2＝5×D5+D6 (3)

为了保证近距离接收天线能够放置于远距离接收天线间隔之中，需要保证：

D4＞2×D5+D6 (4)

需要说明的是，近距离接收天线RX3、RX4、RX5、RX6的排列方式并不局限于此，可以等间距放置、也可以非等间距放置，亦可以进行随机组合，按组进行等间距或非等间距放置。

图7是以图3为基础，本实用新型中收发天线的采用三层横向延伸方向布局的示意图。

即设置于第一层的M个远距离发射天线TX-I沿着第一横行方向布局，第二层的X个近距离发射天线TX-II沿着第二横行方向布局，第三层的N个远距离接收天线、Y个近距离接收天线RX沿着第三横行方向布局。

在信号方面，远距离收发天线中的发射天线TX2、TX3用以发射雷达信号，远距离接收天线RX1、RX2、RX7、RX8用以接收远距离目标回波信号。近距离收发天线中的发射天线TX1、TX4用以发射雷达信号，近距离接收天线RX3、RX4、RX5、RX6用以接收近距离目标回波信号。

远距离收发天线TX2、TX3、RX1、RX2、RX7、RX8都为多列天线组成的阵列天线，天线特点为高增益天线，且天线方位角较窄，能够提供远距离窄角度目标覆盖。

近距离收发天线TX1、TX4、RX3、RX4、RX5、RX6都为单列阵列天线，天线特点为低增益天线，且天线方位角较宽，能够提供近距离广角度目标覆盖。

图3所示的布局实施例中，还包括一射频芯片RF，包括远距离收发天线和近距离收发天线的所有天线的布局都以射频芯片RF为轴对称中心布局。图中虚线表示射频芯片RF的中轴线L，即覆盖远近距离的收发天线的三层结构的各层都是以该中轴线L对称布局。

具体而言，远距发射天线TX2与TX3以中轴线L为轴对称；近距发射天线TX1与TX4以中轴线L为轴对称；远距接收天线RX1、RX2与RX7、RX8以中轴线L为轴对称布局；近距接收天线RX3、RX4与RX5、RX6也是以中轴线L为轴对称布局。

轴对称结构好处在于相对于其它非轴对称天线方案而言，离射频芯片RF最远端天线到射频芯片管脚的距离为最短，即馈线损耗最小。

覆盖远距离的收发天线与覆盖近距离的收发天线采用分时工作方式。

覆盖远近距离的收发天线中的接收天线均以发射天线平移生成虚拟阵元，从而增大雷达天线口径，提升雷达方位面角分辨率，从而最大雷达天线口径，提升雷达方位面角分辨率。

图4示意了远距离发射接收天线的工作方式。

接收天线Rx1、Rx2、Rx7、Rx8以发射天线Tx2和Tx3之间的间距平移生成虚拟阵元VRx1、VRx2、VRx7、VRx8，其中虚拟阵元VRx1、VRx2刚好落在接收天线Rx2与Rx5之间，天线口径增加约1倍，对应角分辨率提升约1倍。

图5也进一步示意了近距离发射接收天线的工作方式。

接收天线Rx3、Rx4、Rx5、Rx6以发射天线Tx1和Tx4之间的间距平移生成虚拟阵元VRx3、VRx4、VRx5、VRx6，天线口径增加1倍以上，对应角分辨率提升约1倍。

图8给出了图3所示布局所产生的雷达合成覆盖区域图，雷达远距覆盖距离可大于200m(RCS＝10dBsm)，且FOV可达±4°，雷达近距70m(RCS＝10dBsm)，覆盖距离对应FOV可达±48°。

需要说明的是，在同一层中的天线并不要求天线相位中心高度完全对齐,适当的变换相位中心高度差也认为是同一层，图9示意了位于同一层的功能相同的两个天线之间有一高度差H，H的范围需满足：

H＜λ (5)

其中，λ为所述MIMO雷达天线的工作波长。

本实用新型的较佳实施例给出的图3示例了布局为三层，为了方便说明，对每层天线功能做了定义，但每层天线功能并不唯一，改变每层天线功能，同样适用于该天线布局方案，但接收天线一定是在第一层或者第三层，其他两层发射天线位置可随意变换。

天线间距关系包含但不限于实施例中的天线间距关系，天线阵列数目及单元数目包含但不限于实施例中的数目，近距及远距收发天线个数包含但不限于实施例中的天线个数。

此外，天线形式并不固定，可以是微带贴片天线、基片集成波导缝隙天线等其它天线形式，满足布局要求的前提下，天线形式不限。

而且，上述实施例中M、N、X、Y为偶数，当M、N、X、Y任意一个为奇数时，例如当M＝3，天线布局参见图6，即保证中间天线相位中心与射频芯片中轴重合。该种布局方案也可以认为天线相对于射频芯片轴对称。

采用本实用新型的技术方案的优点在于：

第一，在天线间距一定的情况下，轴对称结构相对于其它非轴对称天线方案而言，离射频芯片最远端天线到射频芯片管脚的距离为最短，即馈线损耗最小。

第二，远距发射天线与近距发射天线延不同横行延伸，好处在于可以避免天线之间由于天线间距问题导致的布局干涉问题。即远距离发射天线延第一横行方向延伸，天线间距布局灵活，不受近距离发射天线布局影响。近距离发射天线延第二横行方向延伸，天线间距布局灵活，不受远距离发射天线布局影响。

前面提供了对较佳实施例的描述，以使本领域内的任何技术人员可使用或利用本实用新型。对这些实施例的各种修改对本领域内的技术人员是显而易见的，可把这里所述的总的原理应用到其他实施例而不使用创造性。因而，本实用新型将不限于这里所示的实施例，而应依据符合这里所揭示的原理和新特征的最宽范围。

Claims

1.一种车载MIMO雷达天线布局结构，应用于一射频芯片，其特征在于，所述布局结构包括：

所述第二方向和所述第一方向垂直。

2.根据权利要求1所述的车载MIMO雷达天线布局结构，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的车载MIMO雷达天线布局结构，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的车载MIMO雷达天线布局结构，其特征在于，

H＜λ

其中，λ为所述MIMO雷达天线的工作波长。

5.根据权利要求4所述的车载MIMO雷达天线布局结构，其特征在于，

6.根据权利要求4所述的车载MIMO雷达天线布局结构，其特征在于，

7.根据权利要求1至6中任一项所述的车载MIMO雷达天线布局结构，其特征在于，所述布局结构中，

其中，所述各天线间距满足：

D1＝2×D3

D4＝3×D3

D2＝5×D5+D6。

8.根据权利要求7所述的车载MIMO雷达天线布局结构，其特征在于，所述天线组的间距满足：

D4>2×D5+D6。