[发明专利]线性极化天线及采用其的雷达设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种其中采用了用来实现高性能、高生产率和低成本的技术的线性极化天线及采用该线性极化天线的雷达设备，并且特别涉及一种适用于用作未来汽车雷达的UWB(超宽带)雷达的线性极化天线及使用该线性极化天线的雷达。

背景技术

其中使用范围从22至29GHz的亚毫米波的UWB目前主要是用作车载或便携近程雷达(SRR)。

用于UWB的雷达设备的天线必须具有宽带辐射特性，并且考虑到天线在安装于车辆上时是设置在车体与保险杠之间的间隙中，天线必须具有紧凑且薄型的平板结构。

天线还必须利用由UWB限定的微弱无线电波进行探测，并且需要低损耗高增益天线来抑制无益的功率损耗使得天线可以由电池来驱动。因此，必须能够容易地获得阵列天线。

为降低成本，天线中，理想地，可以通过图案印刷技术产生天线元件的馈电单元。

如上所述，将22至29GHz频带用于UWB雷达。然而，22至29GHz频带包括用来保护射电天文学或地球探测卫星(EESS)的无源传感器的RR无线电波发射禁止波段(23.6至24.0GHz)。

2002年，在非专利文献1中，FCC(美国联邦通信委员会)公开了一种规则，其中平均功率密度不大于-41.3dBm且峰值功率密度在22至29GHz频带设置为0dBm/50MHz。

该规则还规定了每隔几年仰角副瓣下降-25dB至-35dB，从而抑制对EESS的辐射干扰。

非专利文献1：FCC 02-48 NEW Part 15 Rules，FIRST REPORT ANDORDER。

然而，为实现仰角副瓣的下降，会沿垂直方向增加用于UWB雷达的天线的尺寸，并且显然天线难以安装在通常的客车中。

因此，2004年，FCC增加了修正规则，即如非专利文献2所述的与天线的仰角副瓣无关的方法。在该修正规则中，RR无线电波发射禁止波段的辐射功率密度设置为比以前小20dB的-61.3dBm/MHz。

非专利文献2：“Second Report and Order and Second MemorandumOpinion and Order”FCC 04-285，2004年12月16日。

在传统UWB雷达中采用使用半导体开关从连续振荡器开关连续波(CW)的方法。

在该方法中，由于开关隔离的不完全产生了大量残留载波。因此，如图18的虚线所示，残留载波撤到分配给多普勒雷达的范围在24.05至24.25GHz的SRD(近程装置)波段。

然而，因为SRD波段极接近于RR无线电波发射禁止波段，存在与EESS等的干扰无法避免的严重问题。

为了解决该问题，已经提出了一种方法，其中非专利文献3中所示的突发振荡器用作UWB雷达。

非专利文献3：“Residual-carrier free burst oscillator for automotive UWBradar application”，Electronics Letters，28^th April 2005，Vol.41，No.9。

该突发振荡器仅在脉冲存在时振荡，反之，该突发振荡器在脉冲消失时停止振荡。因此，在突发振荡器用于UWB雷达时不产生残留载波。

因为任何频谱分配都可以实现，因此图18实线所示的波段可以用于UWB雷达，结果，在RR无线电波发射禁止波段中，辐射功率密度可以抑制到足够低的水平。

然而，难以形成比仅使用突发振荡器的谱峰低20dB或更多的辐射功率密度。

在此情况下，当天线具有增益在RR无线电波发射禁止波段中具有陡降(缺口)的特性时，满足新FCC规则的UWB雷达可以通过使用天线和突发振荡器的组合来实现。

本发明目的在于提供一种适用于其在RR无线电波发射禁止波段中具有增益缺口的UWB雷达的天线。

首先，必须将宽带薄型平板天线实现为满足各种要求的天线。

作为薄型平板天线，有一种大家熟知的所谓贴片天线，其具有矩形或圆形板状天线元件通过构图形成在介电衬底上的构造。

然而，通常贴片天线具有较窄的波带。为了扩宽波带，必须使用低介电常数的厚衬底。

需要低损耗衬底从而在亚毫米波段使用天线，Teflon^TM是一种熟知的这种衬底。

然而，由于Teflon难以与金属薄膜结合，存在天线难以制造导致成本增加的问题。

因此，考虑在UWB必须的宽带振子天线中使用圆极化波或线性极化波。在圆极化波的情况，有一种诸如有良好特性的螺旋天线的天线。