一种雷达天线系统及一种信号处理方法

技术领域

本发明实施例涉及通信领域，具体而言，涉及一种雷达天线系统及一种信号处理方法。

背景技术

随着社会的发展进步和民众生活水平的提高，交通工具的数量越来越多，交通状况也越来越复杂，智能交通探测成为未来交通的趋势，例如，采用雷达进行交通探测，但是目前的雷达探测智能进行单方向的探测，使得探测结果存在探测精度低的问题。

例如，毫米波雷达因其可同时用于测量距离、速度和角度，且尺寸小，安装简便，成本低，分辨率高，受天气影响小等，已成为新一代智能交通检测设备，特别是道路的测速检测应用。

但是目前的毫米波雷达受限于其雷达传感器的构造，其发射机和接收机的电路是分离的，且该类型的雷达的收发天线各自独立，导致该类雷达传感器的体积相对偏大，成本相对偏高，且只能接收单方向的信号，而要探测多方向的信号，则需要增加新的接收天线，进一步增加了雷达体积和成本，缩小了该类型的雷达应用范围。

发明内容

本发明实施例提供了一种雷达天线系统及一种信号处理方法，以至少解决相关技术中雷达天线系统结构单一，从而导致不能实现双向或多向探测的问题。

根据本发明的一个实施例，提供了一种雷达天线系统，包括：

底板层；

芯片层，所述芯片层设置在所述底板层的第一侧；

发射天线，设置在所述底板层的所述第一侧上，并与所述芯片层电连接，用于发射来自所述芯片层的第一信号；

多向接收天线，分别设置在所述底板层上，并与所述芯片层电连接，用于接收第二信号，并将接收到的所述第二信号传输至所述芯片层。

在一个示例性实施例中，所述多向接收天线包括：

第一接收天线，设置在所述底板层的所述第一侧，用于接收到达所述底板层的所述第一侧的第二信号；

第二接收天线，设置在所述底板层的第二侧，用于接收到达所述底板层的所述第二侧的第二信号，其中，所述第一侧和所述第二侧相对设置。

在一个示例性实施例中，所述第二信号包括所述第一信号被反射后所得到的反射信号。

在一个示例性实施例中，还包括：

隔离层，设置在所述底板层内，并位于所述第一接收天线和所述第二接收天线之间，用于隔离所述第一接收天线和所述第二接收天线。

在一个示例性实施例中，所述底板层上开设有第一通孔，所述第一通孔穿设于所述隔离层，并在所述隔离层上开设有隔离地避让孔，所述第二接收天线通过所述第一通孔和所述隔离地避让孔连接所述芯片层，所述隔离地避让孔的直径大于或等于所述第一通孔的直径。

在一个示例性实施例中，还包括：

转换开关，其中，所述多向接收天线通过所述转换开关与所述芯片层电连接，所述转换开关用于切换所述多向接收天线中包括的接收天线的工作状态，所述转换开关的切换周期与所述第一信号的信号发射周期满足预定关系。

在一个示例性实施例中，所述发射天线包括第一串馈微带天线阵列，其中，所述第一串馈微带天线阵列中包括第一数量的串馈微带天线；

所述多向接收天线中包括的每个接收天线中均包括第二串馈微带天线阵列，其中，不同的接收天线中包括的第二串馈微带天线阵列中包括的串馈微带天线的数量相同或不同。

在一个示例性实施例中，所述发射天线和所述多向接收天线的工作频率相同。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种信号处理方法，应用于前述的任意所述的雷达天线系统中，包括：

利用所述芯片层生成所述第一信号；

通过所述发射天线发射所述第一信号；

通过所述多向接收天线接收第二信号，并将所述第二信号传输至所述芯片层；

利用所述芯片层基于所述第一信号对所述第二信号进行分析处理，以得到处理结果。

在一个示例性实施例中，所述第二信号包括所述第一信号被反射后所得到的反射信号。

通过本发明，由于雷达天线系统的发射天线和接收天线都被集成在同一个芯片层上，因而减少了雷达天线系统的体积，扩大了雷达天线系统的适用范围；同时，由于多向天线能够接收多个方向的信号，从而可以避免只接收单向信号造成的探测精度低的问题，因此，可以解决相关技术中雷达天线系统结构单一，从而导致探测精度低、不能实现双向或多向探测、使用范围小的问题，达到改善雷达天线系统的结构，提高探测精度，实现双向或多向探测，扩大适用范围的效果。

附图说明

图1是本发明实施例的一种雷达天线系统的结构示意图；

图2是本发明实施例的一种雷达天线系统的结构侧视图；

图3是本发明实施例的一种信号处理方法的流程图；

图4是本发明具体实施例的一种雷达天线系统的局部结构示意图一；

图5是本发明具体实施例的一种雷达天线系统的局部结构示意图二；

图6是本发明具体实施例的一种雷达天线系统的局部结构示意图三；

图7是本发明具体实施例的一种雷达天线系统的局部结构示意图四；

图8是本发明具体实施例的一种雷达天线系统的局部结构示意图五；

图9是本发明具体实施例的一种雷达天线系统的局部结构示意图六。

图中，1、底板层；11、第一通孔；2、芯片层；3、发射天线；41、第一接收天线；42、第二接收天线；43、转换开关；44、隔离层；441、隔离地避让孔。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明的实施例。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

如图1及图2所示，本申请提供一种雷达天线系统，包括：

底板层1；

芯片层2，芯片层2设置在底板层1的第一侧；

发射天线3，发射天线3设置在底板层1的第一侧上，并与芯片层2电连接，用于发射来自芯片层2的第一信号；

多向接收天线，分别设置在底板层1上，并与芯片层2电连接，用于接收第二信号，并将接收到的第二信号传输至芯片层2。

在本实施例中，底板层1可以设置为由非金属材料填充制成的介质填充层，也可以是其它用于底板支撑的结构或装置；芯片层2可以设置为1T1R的商业毫米波雷达芯片，发射天线3和多向天线可以是由多组串馈微带天线组成的天线阵列，且多向接收天线的设置位置可以有多个，例如可以是设置在底板层1相对两侧、相邻两侧，或者相对量与相邻两侧均设置有多向接收天线。

需要说明的是，芯片层2可以(但不限于)是通过50欧姆阻抗射频线分别与发射天线3和多向接收天线电连接的，而50欧姆阻抗射频线的线宽可以根据芯片层2、发射天线3、多向接收天线的宽度来进行调整。

其中，为适应于多种使用场景，在一个可选的实施例中，发射天线包括第一串馈微带天线阵列，其中，第一串馈微带天线阵列中包括第一数量的串馈微带天线；

多向接收天线中包括的每个接收天线中均包括第二串馈微带天线阵列，其中，不同的接收天线中包括的第二串馈微带天线阵列中包括的串馈微带天线的数量相同或不同。

在本实施例中，第一数量与第二串馈微带天线阵列中包括的串馈微带天线的数量可以相同，也可以不同，即发射天线包括的串馈微带天线、多向接收天线包括的串馈微带天线均可以相同，也可以均不同，从而适应于不同的使用场景。

在一个可选的实施例中，为保证信号的快速识别，减少芯片层的计算量，发射天线和多向接收天线的工作频率相同，从而减少工作片频率不同造成的能量损耗。

在一个可选的实施例中，多向接收天线包括：

第一接收天线41，设置在底板层1的第一侧，用于接收到达底板层1的第一侧的第二信号；

第二接收天线42，设置在底板层1的第二侧，用于接收到达底板层1的第二侧的第二信号，其中，第一侧和第二侧相对设置。

在本实施例中，将多向接收天线设置为位于底板层1相对两侧的第一接收天线41和第二接收天线42是为了从底板层1相对两侧接收第二信号，以对底板层1两侧的事物进行检测。

其中，第一接收天线41和第二接收天线42均设有串馈微带天线，且第一接收天线41和第二接收天线42的串馈微带天线的数量可以相同，也可以不同；且第二信号包括第一信号被反射后所得到的反射信号。

例如，当雷达天线系统用于进行道路车辆探测时，发射天线3向位于底板层1第一侧的车辆发射第一信号，随后第一接收天线41接收车辆反射的第二信号，并将第二信号传输至芯片层2；当车辆从底板层1的第一侧驶向第二侧后，发射天线3向底板层1的第二侧发射第一信号，随后第二接收天线42接收车辆反射的第二信号，并将第二信号传输至芯片层，实现对车辆的探测。

需要说明的是，第一接收天线41和第二接收天线42可以(但不限于)是同时处于接收状态，也可以是按照顺序依次处于接收状态，从而适应于不同的使用场景。

为减少其它方向的第二信号对位于底板层1一侧的多向接收天线的干扰，在一个可选的实施例中，该雷达天线系统还包括：

隔离层44，隔离层44设置在底板层1内，并位于第一接收天线41和第二接收天线42之间，用于隔离第一接收天线41和第二接收天线42。

在本实施例中，隔离层44设置为金属制板层，可以(但不限于)是地铜皮，也可以是其它金属板层；例如，在第一接收天线41接收第二信号时，隔离层44能够避免第二信号穿过底板层1而被第二接收天线42所接收，或能够在第二接收天线42接收第二信号时，隔离层44能够避免第二信号穿过底板层1而被第一接收天线41所接收，从而减少不同方向的信号对探测过程的干扰。

为方便对多向接收天线进行安装，在一个可选的实施例中，底板层1上开设有第一通孔11，第一通孔11穿设于隔离层44，并在隔离层44上开设有隔离地避让孔441，且第一通孔11和隔离地避让孔441相连通，第二接收天线42通过第一通孔11和隔离地避让孔441连接芯片层2，且隔离地避让孔441的直径大于第一通孔11的直径。

在本实施例中，隔离地避让孔441的直径可以(但不限于)是第一通孔11的直径的2倍；隔离地避让孔441的直径大于第一通孔11的直径，能够方便第二接收天线42的50欧姆阻抗射频线穿过隔离层，从而方便安装。

需要说明的是，隔离地避让孔441的直径必须大于第一通孔11的直径，否则信号在传输过程中会与隔离地发生短路，从而导致系统无法达到效果。

为适应于第一接收天线41和第二接收天线42按照顺序依次处于接收状态的使用场景，在一个可选的实施例中，该雷达天线系统还包括：

转换开关43，其中，多向接收天线通过转换开关43与芯片层2电连接，转换开关43用于切换多向接收天线中包括的接收天线的工作状态，转换开关的切换周期与第一信号的信号发射周期满足预定关系。

在本实施例中，转换开关43的切换周期是第一信号的信号发射信号上升沿的4倍，从而使得第一信号与第二信号均能够被采集。

其中，转换开关43可以是射频开关，也可以是其它形式的开关。

通过上述结构，由于雷达天线系统的发射天线和接收天线都被集成在同一个芯片层上，因而减少了雷达天线系统的体积，扩大了雷达天线系统的适用范围；同时，由于多向天线能够接收多个方向的信号，从而可以避免只接收单向信号造成的探测精度低的问题，解决了相关技术中雷达天线系统结构单一，从而导致探测精度低、使用范围小的问题，改善了雷达天线系统的结构，提高了探测精度，实现了双向或多向探测，扩大了雷达天线系统的适用范围。

在本实施例中提供了一种信号处理方法，该方法应用于前述的任意所述的雷达天线系统中，图3是根据本发明实施例的一种信号处理方法的流程图，如图3所示，该流程包括如下步骤：

步骤S302，利用芯片层2生成第一信号；

在本实施例中，芯片层2生成第一信号的方式可以是根据预先存储的算法生成的，也可以是按照周期性接收的生成指令生成的；第一信号可以是脉冲信号，也可以是波形为梯形的梯形信号、正弦信号或三角波信号，还可以是数字信号。

步骤S304，通过发射天线3发射第一信号；

在本实施例中，可以(但不限于)是通过抗射频线将第一信号由芯片层2传输至发射天线3的，也可以是通过其它方式进行传输的。

步骤S306，通过多向接收天线接收第二信号，并将第二信号传输至芯片层2；

步骤S308，利用芯片层2基于第一信号对第二信号进行分析处理，以得到处理结果。

在本实施例中，芯片层2基于第一信号对第二信号进行分析处理可以是基于第一信号检测第二信号中包含的被反射的第一信号的频率、能量、振幅等信号信息，以确定反射第一信号的物体的位置、体积等信息。

通过上述步骤，由于多向天线能够接收多个方向的信号，从而可以避免只接收单向信号造成的探测精度低的问题，解决了相关技术中雷达天线系统结构单一，从而导致探测精度低、使用范围小的问题，提高了探测精度，扩大了雷达天线系统的适用范围。

其中，上述步骤的执行主体可以为基站、终端等，但不限于此。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

下面结合具体实施例对本发明进行说明。

如图3-图5所示，在毫米波雷达IC准备发射信号的时候，通过传输线L1传输到发射天线TX1，天线TX1实现全向发射到探测空间中，遇到周围的物体会进行电磁波反射，发射回来的毫米波会被前向接收天线RX1接收，到达传输线L2，经过射频开关SW到达传输线L3，进入毫米波雷达IC进行处理(如图2所示)；此时反射后的毫米波会被后向接收天线RX2接收，到达传输线L5，经过过孔VIA1到达传输线L4，再至开关SW到达传输线L3，进入毫米波雷达IC进行处理(如图3所示)。

优选地，发射天线TX1、接收天线RX1、接收天线RX2工作在同一频率，比如24G、60G、77G等；

优选地，传输线L1、L2、L3、L4、L5是50欧姆阻抗射频线，宽度根据板材进行调整；

优选地，接收天线RX1、接收天线RX2中间有地铜皮做隔离(如图4所示)；

优选地，射频过孔VIA1通过隔离地铜皮的地方存在铜皮径孔VIA2，铜皮径孔VIA2的直径是射频过孔VIA1的2倍(如图2及图4所示)；

优选地，射频过孔VIA1的直径根据板材层叠做调整；

优选地，为保证探测的整体效果，射频开关SW切换周期为4倍的射频开关SW上升时间；

进一步的，任意一组所述的雷达天线包含不同数量的串馈微带天线阵列，当前专利以1X4举例，理论上数量可以是1到无穷。

如图6-图9所示，在另一个具体实施例中，为使接收天线RX1和RX2同时工作，可以不设置转换开关，且在毫米波雷达IC准备发射信号的时候，通过传输线L1传输到发射天线TX1，天线TX1实现全向发射到空间中，遇到周围的物体会进行电磁波反射，发射回来的毫米波会被前向接收天线RX1接收，到达传输线L7，进入毫米波雷达IC进行处理(如图6所示)；此时毫米波会被后向接收天线RX2接收，到达传输线L5，经过过孔VIA1到达传输线L6，进入毫米波雷达IC进行处理(如图7所示)。

优选地，发射天线TX1、接收天线RX1、接收天线RX2工作在同一频率，比如24G、60G、77G等；

优选地，传输线L1、L5、L6、L7是50欧姆阻抗射频线，宽度根据板材进行调整；

优选地，接收天线RX1、接收天线RX2中间设有地铜皮做隔离(如图9所示)；

优选地，射频过孔VIA1通过隔离地铜皮的地方存在铜皮径孔VIA2，铜皮径孔VIA2的直径是射频过孔VIA1的2倍(如图6及图8所示)；

优选地，射频过孔VIA1的直径根据板材层叠做调整；

进一步的，任意一组所述的雷达天线包含不同数量的串馈微带天线阵列，当前专利以1X4举例，理论上数量可以是1到无穷。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。