一种车载毫米波前雷达平肩天线

技术领域

本发明属于车载雷达技术领域，具体涉及车载毫米波前雷达平肩天线。

背景技术

在车载前雷达领域，随着技术更新迭代和自动驾驶的需求牵引，对车载毫米波前雷达提出了更严苛的要求，一方面要求探测距离远，另一方面要求探测范围宽。

为了迎合这样的技术需求，现有技术中前雷达在设计上将天线分成远天线和近天线，远天线负责探测距离远(但是探测范围窄)，近天线负责探测范围宽(但是探测距离远)，这样的设计是当前最为主流和常见的设计。这种设计符合了需求，但是天线的利用率下降了，仍然有很大的提升空间。

针对上述设计存在的问题，通过采用2列等功分的天线设计来克服，但是这种设计的缺点是探测距离下降。

对于上述提到的远近天线分开设计的形式，探测远距离时用远天线，探测近距离时用近天线。天线的利用效率太低，导致天线最终的通道数量下降，导致方位分辨率和俯仰分辨率下降。以4发4收为例，假如发射天线按照远天线2个，近天线2个，那么根据MIMO的原理，探测远距离时具有的通道数量为2(2个远天线)*4(4个接收天线)＝8个通道，探测近距离时具有的通道数量为2(2个远天线)*44个接收天线)＝8个通道，那么不管在探测远还是探测近时，都只有8个通道。假如发射天线，每个天线在方向图上等效为远天线与近天线的叠加，也就是4个发射天线都用于探测远和近，那么在探测时将有4(发射天线)*4(接收天线)＝16个通道，那么不管在探测远还是探测近时，都有16个通道。

对于上述提到的发射天线全都采用2列的等功分天线，与上述中4列的发射天线相比，天线的增益下降，探测距离因此也会下降。

发明内容

本发明的目的在于提供车载毫米波前雷达平肩天线，采用平肩天线使得天线的利用率提高1倍，布阵孔径为原来的2倍，雷达方位分辨率和俯仰分辨率提升2倍，以解决上述背景技术中提出现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明提出车载毫米波前雷达平肩天线，包括：

k列辐射单元和功分网络构成的天线；其中，k≥3，k代表辐射单元的数量，每列辐射单元的最大增益在-10°～10°范围内，每列辐射单元的3dB波束宽度大于15度；

所述天线在FOV范围内的天线增益的变化率小于2dB/度，且相对零度方向的相对增益均大于-16dB，增益最大的方向在-5°～5°范围内，所述天线增益变化率根据天线的幅度和相位的一致性反推M IMO得到，其中，MIMO由多个相同的发射天线和多个相同的接收天线组成；

其中，所述功分网络控制k列辐射单元的幅度和相位，k列辐射单元间隔相等；且幅度和相位值根据列数项设定取值范围，k列辐射单元的间隔有一定的取值范围。

优选的，所述k列辐射单元和功分网络构成的天线最大增益比单列辐射单元的最大增益至少大6.3l gk dB。

优选的，所述k列辐射单元和功分网络构成的天线，k列辐射单元间隔相等，3dB波束宽度大于50.77λ/kd,λ是波长，k是辐射单元的列数，d是辐射单元的间隔。所述k列辐射单元和功分网络构成的天线，k列辐射单元间隔相等，3dB波束宽度小于76.1λ/kd,λ是波长，k是辐射单元的列数，d是辐射单元的间隔。

优选的，所述k设置为3时，幅度为(0.7+δ1+δ0.7+δ)，相位为(35+ε0+ε35+ε)，间隔为(0.5+ξ)λ；

其中，-0.2<δ<0.2，-15<ε<15,-0.15<ξ<0.15,λ是波长。

优选的，所述k设置为4时，幅度为(0.7+δ1+δ1+δ0.7+δ)，相位为(35+ε0+ε0+ε35+ε)，间隔为(0.5+ξ)λ；

其中，-0.2<δ<0.2，-15<ε<15,-0.15<ξ<0.15,λ是波长。

优选的，所述k设置为5时，幅度为(0.7+δ1+δ1+δ1+δ0.7+δ)，相位为(35+ε15+ε0+ε15+ε35+ε)，间隔为(0.5+ξ)λ；

其中，-0.2<δ<0.2，-15<ε<15,-0.15<ξ<0.15,λ是波长。

优选的，所述k设置为6时，幅度为(0.7+δ1+δ1+δ1+δ1+δ0.7+δ)，相位为(30+ε30+ε0+ε0+ε30+ε30+ε)，间隔为(0.5+ξ)λ；

其中，-0.2<δ<0.2，-15<ε<15,-0.15<ξ<0.15,λ是波长。

本发明的技术效果和优点：本发明提出的车载毫米波前雷达平肩天线，与现有技术相比，具有以下优点：

本发明通过功分网络控制k列辐射单元的幅度和相位，k列辐射单元间隔相等；且幅度和相位值根据列数项设定取值范围，k列辐射单元的间隔有一定的取值范围，使得天线的利用率提高1倍，和传统的远天线只探测远处，近天线只探测近处相比，利用率提高1倍；对稀疏阵列，方位孔径可以提升到原来的2倍，雷达方位分辨率和俯仰分辨率提升2倍，方位孔径和俯仰孔径都提升了1倍，分辨率自然也提升了1倍，和现有的形式相比，3列、4列、5列、6列的增益都比2列的增益更高，因此探测距离也更远。

附图说明

图1为本发明车载毫米波前雷达平肩天线的结构示意图；

图2为本发明实施例中的4列微带梳状天线的分布示意图；

图3为1列辐射单元方向图；

图4为2列辐射单元方向图；

图5为本发明实施例一中3列天线效果曲线图；

图6为本发明实施例二中4列天线效果曲线图；

图7为本发明实施例三中5列天线效果曲线图；

图8为本发明实施例四中6列天线效果曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了如图1-2所示的车载毫米波前雷达平肩天线，包括：k列辐射单元和功分网络构成的天线；其中，k≥3，k代表辐射单元的数量，每列辐射单元的最大增益在-10°～10°范围内，每列辐射单元的3dB波束宽度大于15度；所述k列辐射单元和功分网络构成的天线最大增益比单列辐射单元的最大增益至少大6.3l gk dB。

所述天线在FOV范围内的天线增益的变化率小于2dB/度，且相对零度方向的相对增益均大于-16dB，增益最大的方向在-5°～5°范围内，所述天线增益变化率根据天线的幅度和相位的一致性反推M IMO得到，其中，MIMO由多个相同的发射天线和多个相同的接收天线组成；

其中，所述功分网络控制k列辐射单元的幅度和相位；且幅度和相位值根据列数项设定取值范围，k列辐射单元的间隔有一定的取值范围。所述k列辐射单元和功分网络构成的天线，k列辐射单元间隔相等，3dB波束宽度大于50.77λ/kd,λ是波长，k是辐射单元的列数，d是辐射单元的间隔。所述k列辐射单元和功分网络构成的天线，k列辐射单元间隔相等，3dB波束宽度小于76.1λ/kd,λ是波长，k是辐射单元的列数，d是辐射单元的间隔。

优选的，所述k设置为3时，幅度为(0.7+δ1+δ0.7+δ)，相位为(35+ε0+ε35+ε)，间隔为(0.5+ξ)λ；其中，-0.2<δ<0.2，-15<ε<15,-0.15<ξ<0.15,λ是波长。

优选的，所述k设置为4时，幅度为(0.7+δ1+δ1+δ0.7+δ)，相位为(35+ε0+ε0+ε35+ε)，间隔为(0.5+ξ)λ；其中，-0.2<δ<0.2，-15<ε<15,-0.15<ξ<0.15,λ是波长。

优选的，所述k设置为5时，幅度为(0.7+δ1+δ1+δ1+δ0.7+δ)，相位为(35+ε15+ε0+ε15+ε35+ε)，间隔为(0.5+ξ)λ；其中，-0.2<δ<0.2，-15<ε<15,-0.15<ξ<0.15,λ是波长。

优选的，所述k设置为6时，幅度为(0.7+δ1+δ1+δ1+δ1+δ0.7+δ)，相位为(30+ε30+ε0+ε0+ε30+ε30+ε)，间隔为(0.5+ξ)λ；其中，-0.2<δ<0.2，-15<ε<15,-0.15<ξ<0.15,λ是波长。

具体的，天线天线具体结构不限于具体形式，可以是PCB上的微带天线(包括梳状天线和串馈天线)、波导天线、s iw天线等。

其中的k代表天线的数量，如图1所示，每组天线均与功分网络相连接，以便于调控天线之间的幅度和相位，调整不同列天线的间隔。再如图2所示的，其示出的是4列微带梳状天线的分布，超过3列天线的时候，通过配置不同列天线的幅度和相位，调整不同列天线的间隔，可以实现增益又高，在前雷达探测范围(±60度)内又没有零点的天线。

具体的，配置方法和调整方法：通过穷举或者遗传算法或者AI算法，设置算法输入为幅度、相位、间隔，算法输出为方向图，根据自定义的考评规则，得到符合要求的幅度、相位、间隔。

值得说明的是，对于穷举或者遗传算法或者AI算法为成熟的现有技术，具体操作方式在此不作赘述。

举例来说，以设置1列天线进行举例说明：当k设置为1时，不需要配置幅度和相位及间隔。其增益效果如图3，其中，纵坐标是不同方向的增益dB,横坐标是角度。

举例来说，以设置2列天线进行举例说明：当k设置为2时，幅度比1：1，相位值为0，间隔为半波长。其增益效果如图4，其中，纵坐标是不同方向的增益dB,横坐标是角度。

实施例一

在本实施例中，以设置3列天线进行举例说明：当k设置为3时，幅度为(0.710.7)，相位为(35035)，间隔为半波长。其增益效果如图5，其中，纵坐标是不同方向的增益dB,横坐标是角度。

实施例二

在本实施例中，以设置4列天线进行举例说明：当k设置为4时，幅度为(0.7110.7)，相位为(350035)，间隔为半波长。其增益效果如图6，其中，纵坐标是不同方向的增益dB,横坐标是角度。

实施例三

在本实施例中，以设置5列天线进行举例说明：当k设置为5时，幅度为(0.71110.7)，相位为(351501535)，间隔为半波长。其增益效果如图7，其中，纵坐标是不同方向的增益dB,横坐标是角度。

实施例四

在本实施例中，以设置6列天线进行举例说明：所述k设置为6时，幅度为(0.711110.7)，相位为(3030003030)，间隔为半波长。其增益效果如图8，其中，纵坐标是不同方向的增益dB,横坐标是角度。

由上述可知，本发明是为了使天线MIMO之后通道数量更多，同时天线增益高，提出的新的天线。关键点是：不同于别的前雷达，是远天线和近天线分开设计，利用率下降。而是一种天线同时达到远天线和近天线叠加的效果，这就要求天线具备2个特点：1)正前方增益高(比普通的2列天线高)。2)在±60度范围内没有零点(增益高于0dB)。3)在±10～60度范围内天线增益和普通两列天线增益接近。

具体推理如下：

1)天线的利用率提高1倍，每个天线在远近探测的时候都应用到了，和传统的远天线只探测远处，近天线只探测近处相比，利用率提高1倍，且探测远距离，每个天线的雷达回波都进入信号处理算法，探测近距离，每个天线的雷达回波都进入信号处理算法。

2)布阵孔径为原来的2倍，以4发4收2个发射远天线2个发射近天线为例，由于原来的通道数量只有8个，现在的通道数量提升到了16个。假如8个通道分配6个通道测方位，16个通道可以分配12个通道测方位，对稀疏阵列，方位孔径可以提升到原来的2倍，如果原来分配2个通道测俯仰，现在可以分配4个通道测俯仰，因此俯仰孔径也可以提升到原来的2倍。

3)雷达方位分辨率和俯仰分辨率提升2倍。方位孔径和俯仰孔径都提升了1倍，分辨率自然也提升了1倍。(根据分辨率公式0.886*λ/L，L就是孔径，由2)知，孔径提升1倍，根据公式可以算得，分辨率也提升1倍)。

4)正前方探测远。和现有的形式相比，3列、4列、5列、6列的增益都比2列的增益更高，因此探测距离也更远。

最后应说明的是：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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，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。