[发明专利]二维多输入多输出雷达天线阵列几何形状及设计方法

说明书

一种用于雷达系统的多输入多输出(MIMO)天线包括形成平面发射器天线阵列的复数个发射器天线，其中所述复数个发射器天线配置为发射正交波形；以及形成至少两个接收器天线阵列的复数个接收器天线，其中沿着第一轴线，每个接收器天线阵列中的所述复数个接收器天线之间的元件间间距相对于所述复数个发射器天线之间的元件间间距要密；并且沿着第二轴线，所述复数个发射器天线之间的元件间间距相对于所述复数个接收器天线之间的元件间间距要密。

技术领域

本发明总体涉及MIMO天线阵列，尤其涉及一种紧凑型MIMO天线阵列装置，其优化了三维空间波束图形，同时保持最佳的均匀虚拟阵列。

背景技术

现在使用的先进雷达系统使用多输入多输出(MIMO)概念，其在发射器处使用多个天线来发射独立(正交)波形，并在接收器处使用多个天线来接收雷达回波。在“并置”MIMO雷达配置中，发射器和接收器中的天线间隔很近，足以使每个天线都查看到物体的同一个方面，由此假设一个点目标。在MIMO接收器中，使用匹配的滤波器组来提取正交波形分量。当正交信号从不同的天线发射时，每个信号的回波携带关于被检测物体的独立信息和不同的传播路径。由不同发射天线产生的相位差以及由不同接收天线产生的相位差在数学上形成虚拟天线阵列，该虚拟天线阵列使用较少的天线元件提供较大的虚拟孔径。从概念上来讲，虚拟阵列通过发射器T_x天线元件和接收器R_x天线元件中的每一个之间的交错来创建，使得虚拟阵列中的元件表示用于MIMO阵列中的发射器T_x天线和接收器R_x天线中的每一个的T_x-R_x对。对于并置MIMO天线，具有N_tx个发射器天线的发射阵列以及具有N_Rx个接收器天线的接收阵列产生具有N_txN_Rx个虚拟接收器元件的虚拟阵列。换言之，正交波形由接收器处的匹配滤波器提取，使得在虚拟阵列中总共有N_txN_Rx个提取的信号。

许多MIMO雷达系统(尤其是用于汽车应用的MIMO雷达系统)被优化，用于确定目标或物体的距离和水平角或方位角，但是对于在高程中检测目标是有限的。雷达在方位和高程上的空间性能受到发射天线和接收天线数量的影响，这也是推动系统成本的因素。换言之，高的角度分辨率一般需要大孔径和大量的天线元件，而这增加了天线的成本。因此，在对成本因素敏感的应用中，发射天线和接收天线的数量通常保持在最低限度。