[发明专利]用于超宽带雷达应用的天线阵列

说明书

技术领域

本发明的实施例总体涉及雷达系统天线领域，更具体地，涉及适用于超宽带雷达应用的贴片天线阵列。

背景技术

在很多应用中都使用雷达来探测目标物体，例如飞机、军事目标和车辆。最近，已经在汽车中实施了雷达系统。人们已经知道汽车雷达系统用来帮助驾驶员停车、以安全距离跟随车流，以及探测驾驶障碍。在这样的应用中，当雷达系统探测到障碍或车辆前方的车流慢下来时，其将向驾驶员发出警告（例如嘟嘟声或仪表板上的报警灯），并且/或者以某种方式对车辆进行实际控制（例如通过施加制动），以避免事故。

例如，通过确定在发射雷达信号和接收返回雷达的该信号（在其从目标物体回弹后）之间的往返延迟时间，雷达系统可以探测到该目标物体的范围（即距离）。所述往返延迟时间除以2并且乘以辐射速度c给出了雷达系统和目标物体间的距离（假设发射天线和接收天线是同一天线或者彼此非常靠近）。

正如可以理解的，理想的是提供用于汽车的、能够以紧凑的体积实现的雷达天线结构，并且能够以低成本提供该雷达天线结构。

发明内容

本发明公开了一种用于UWB雷达天线应用的低剖面天线阵列。该天线阵列可以包括被安排用于特定性能特征的多个阵列。例如，UWB雷达天线可以包括中等范围的接收天线阵列（RXM）、短范围的接收天线阵列（RXS），以及一对发射天线阵列（TX1和TX2）。在一些实施例中，RXM包括：在印刷电路板（PCB）顶层上的12×12辐射贴片元件、在PCB中层的具有6×6馈给贴片阵列的布设馈给网络、以及从λ/4耦接槽到每个馈给贴片的串联馈给排布。所有天线可以具有理想的大频率带宽，具有从22GHz到26.5GHz的频率范围的相对平坦的天线增益。此外，针对仰角图样所测量的旁瓣水平可以低于-20dB。

附图说明

附图示出了目前构想出的、针对其实际应用和原理的所公开设备的示例性实施例，其中：

图1是根据一个或多个实施例的雷达系统的框图；

图2示出了与天线子阵列的馈给贴片一起使用的示例性的端部馈给结构，该天线子阵列具有四个辐射贴片元件；

图3A和图3B示出了由图1的端部馈给贴片所激励的贴片天线子阵列的仿真的回程损耗；

图4示出了用于贴片天线子阵列的多个层的示例性堆叠；

图5示出了用于馈给贴片天线子阵列的示例性的接地平面耦接槽；

图6示出了具有内嵌式相位调节特征的天线馈给网络；

图7示出了用于中等范围接收天线的实施例的示例性的串联馈给结构；

图8示出了RXM天线阵列元件的示例性阵列；

图9针对具有12×12辐射贴片元件（具有6×6馈给贴片）（RXM）的天线阵列示出了天线增益曲线与频率的关系；

图10A和图10B是极坐标图，分别针对24.0、24.5、25.0、25.5和26.0GHz时的示例性的RXM阵列示出了方位角和仰角图样；

图11针对示例性的RXM阵列示出了天线输入回程损耗的仿真和测量结果；

图12示出了在RF板中实施的示例性的天线阵列结构，示出了该RF板的电路侧；以及

图13示出了图12的示例性的天线阵列结构，示出了该RF板的辐射贴片侧。

具体实施方式

在汽车应用中使用的超宽带（UWB）雷达系统应当具有大的频率带宽，并且应当易于以低成本进行制作。典型的微带贴片天线阵列代表了相对低的成本，然而传统的贴片天线阵列具有相对窄的带宽，并且受到来自相关馈给网络的信号泄漏的影响。使来自馈给网络的馈给网络损耗和不想要的辐射均最小化的一种方式是使用四元件子阵列。凭借这样的子阵列，多个辐射贴片被位于这些辐射贴片下方的共振贴片所激励。通过这种共振耦接可以增加所产生的子阵列天线的带宽，同时通过具有高辐射效率的多个贴片的配置而实现相对高的天线增益。