CN112285687B - 雷达*** - Google Patents

Abstract

一种雷达***，该雷达***包括：发送元件，其被适配成发送雷达信号；接收元件，其被适配成接收由发送元件发送的雷达信号的反射信号；以及天线罩，其覆盖发送元件和接收元件并且具有内表面和外表面。该天线罩的内表面面对发送元件和接收元件。该天线罩包括位于内表面处的凹部。

Description

雷达***

技术领域

本公开涉及包括至少一个发送元件、至少一个接收元件和天线罩的雷达***。

背景技术

雷达***可以包括称为天线罩的装置，该装置作为盖位于雷达***的天线前方，以保护天线免受环境影响，即，作为防尘、防潮等保护措施。通常，这种天线罩是雷达***的天线上方的平坦结构，以便对于雷达***的所有天线的入射角上的传输都能保持相同的电气长度。

然而，当发送天线或天线阵列包括大的辐射角度范围时，天线罩可能导致雷达***的发送天线与接收天线之间的不期望的相互耦合。对于基片集成波导天线，这样的角度范围可以是例如180°。这种耦合是由于源自天线罩两侧大入射角处的反射的能量，以及由于雷达***的天线所位于的天线板处以及天线罩表面处的进一步多次反射而引起的。雷达***的发送天线与接收天线之间的耦合为接收天线的信号引入了额外的噪声，因此降低了雷达***的性能。

雷达***的发送路径与接收路径之间的不期望的耦合尤其可能与具有宽的仪器化视场(instrumented field of view)(在该仪器化视场中记录检测结果)的雷达天线阵列有关，例如在汽车转角雷达传感器中使用的天线阵列。对于大入射角(转角雷达传感器以该入射角进行发送)，由于它们的方位角辐射角度范围非常大，因此平坦天线罩的反射率会显著增加。为了降低由于天线罩造成的发送天线与接收天线之间的不期望的耦合所引起的附加噪声水平，已经提出在发送路径与接收路径之间包括额外的吸收器。然而，额外的吸收器导致雷达***的成本更高。同样，已经提出在发送路径与接收路径之间的天线印刷电路板上实现等效的带隙结构。然而，这种结构对制造公差敏感，这可能会增加雷达***的批量生产中的报废率。

另一方面，可以通过增加例如印刷电路板上的发送天线与接收天线之间的水平距离来减少雷达***的发送路径与接收路径之间的不期望的耦合。然而，这将增加雷达***的整体尺寸，并因此导致额外的成本。

天线罩所引起的额外噪声水平可能会降低雷达***的灵敏度和范围。由于灵敏度降低，汽车雷达传感器可能会在缩小的范围内错误地检测到较弱的目标，如行人或摩托车。

因此，需要提供一种雷达***，在该雷达***中，由天线罩引起的噪声水平通过较少的努力和费用而降低。

发明内容

在一个方面，本公开针对一种雷达***，该雷达***包括：至少一个发送元件，其被适配成发送雷达信号；至少一个接收元件，其被适配成接收由所述发送元件发送的所述雷达信号的反射信号；以及天线罩，其覆盖所述发送元件和所述接收元件并且具有内表面和外表面。所述天线罩的所述内表面面对所述发送元件和所述接收元件。所述天线罩包括位于所述内表面处的凹部。

该雷达***可以包括多个发送元件阵列和多个接收元件阵列。在这种情况下，天线罩面对发送元件和接收元件的多个阵列，并且可以完全覆盖它们。

由于天线罩内的凹部，由发送元件的辐射的多次散射效应引起的大部分辐射被重定向到预定的角度范围，在这种情况下，辐射的能量既不会增加接收元件处的噪声水平，也不会干扰雷达***(即，包括接收元件的各个雷达传感器)的仪器化视场内的相位。换句话说，在天线罩内不存在凹部的情况下将从发送元件传播到接收元件的一部分能量被凹部重定向并且因此不会到达接收元件。

因此，由于凹部，雷达***的发送路径和接收路径具有减小的耦合。这使得由接收元件接收的反射信号的噪声水平降低。因此，由于降低了噪声水平，改善了雷达***的灵敏度。

该雷达***还可以包括以下特征中的一个或更多个：

所述发送元件和所述接收元件或这些元件的多个阵列可以位于基础平面上，并且所述发送元件和所述接收元件可以位于垂直于所述基础平面延伸并与所述天线罩的所述凹部相交的平面的相应侧上。所述发送元件可以具有发送仪器化视场，所述雷达信号被发送到所述发送仪器化视场中，并且所述接收元件可以具有接收仪器化视场，从所述接收仪器化视场接收所述反射信号，并且所述天线罩的所述凹部可以位于所述发送仪器化视场的外部和所述接收仪器化视场的外部。所述凹部可以具有位于所述发送仪器化视场与所述接收仪器化视场之间的优化延伸。

此外，当在所述基础平面内的第一方向上观察时，所述至少一个发送元件和所述至少一个接收元件可以重叠。当在不同于所述第一方向的第二方向上观察时，所述发送元件和所述接收元件可以分开预定距离，并且所述天线罩的所述凹部可以在所述预定距离内位于所述发送元件和所述接收元件上方。所述发送元件与所述接收元件之间的所述预定距离可以足以避免所述雷达信号在天线或天线阵列的仪器化视场内反射。所述发送元件和所述接收元件可以位于印刷电路板上。

另外，所述天线罩可以包括具有至少两个平坦表面的板，并且所述天线罩的所述凹部可以位于所述板的所述平坦表面中的面对所述发送元件和所述接收元件的平坦表面上。所述凹部在垂直于所述板的所述平坦表面的方向上的深度可以不超过所述板在相同方向上的厚度的一半。

所述凹部可以包括相对于所述板的所述平坦表面倾斜的表面。所述凹部在沿所述平坦表面之一的方向上的宽度可以在不接触所述发送元件和所述接收元件的相应视场(即，天线或天线阵列的仪器化视场)的情况下被最大化。所述天线罩可以包括多个凹部。可以通过包括所述凹部的注射成型来生产所述天线罩。另选地，可以在生产所述天线罩之后通过铣削形成所述凹部。

根据一个实施方式，发送元件和接收元件或这些元件的多个阵列可以位于基础平面上，并且可以位于垂直于基础平面延伸并且与天线罩的凹部相交的平面的相应侧上。换句话说，天线罩的凹部可以在发送元件与接收元件之间位于这些元件之间的空隙上方。由于天线罩凹部的该位置，改善了凹部针对源自发送元件的多次散射辐射的阻挡和重定向。由于发送元件和接收元件位于与天线罩凹部相交的平面的不同侧上，因此凹部使辐射重定向，否则辐射将几乎直接从发送元件传播到接收元件。因此，辐射的能量既不会增加接收元件处的噪声水平，也不会干扰雷达***的仪器化视场内的相位响应。

发送元件可以具有发送仪器化视场，雷达信号被发送到该发送仪器化视场中，并且接收元件可以具有接收仪器化视场，从该接收仪器化视场接收反射信号。天线罩的凹部可以位于发送仪器化视场的外部以及接收仪器化视场的外部。因此，天线罩的凹部不会被发送元件发送的雷达信号直接辐射。因此，由于该凹部，可以减少能量从发送元件到接收元件的直接传递。相反，提高了凹部减少到达接收元件的多次散射辐射的效率。

凹部可以在发送仪器化视场与接收仪器化视场之间具有优化的延伸。增加凹部的延伸，例如平行于天线罩内表面的宽度，可以进一步改善凹部在减少多次散射雷达信号时的效率。然而，应限制凹部的延伸，以使其不会到达发送仪器化视场或接收仪器化视场，以避免天线或天线阵列(即，发送元件和接收元件)的仪器化视场内的相位响应失真。

当在基础平面内在第一方向上观察时，所述至少一个发送元件和所述至少一个接收元件可以重叠。通过发送元件和接收元件的这种布置，可以实现具有减小的外形尺寸的紧凑的雷达***。当在不同于第一方向的第二方向上观察时，发送元件和接收元件可以分开预定距离。天线罩的凹部可以在该预定距离内位于发送元件和接收元件上方。

也就是说，当在可垂直于第一方向的第二方向上观察时，发送元件与接收元件之间可以具有间隙，而在第一方向上，发送元件与接收元件重叠。由于凹部的位置在发送元件与接收元件之间的预定距离内，因此凹部使发送元件与接收元件去耦，而无需诸如额外的吸收器或带隙结构之类的其它分隔元件。因此，在发送元件和接收元件具有重叠结构的紧凑雷达***中，天线罩的凹部具有使接收元件与发送元件去耦的高效率。

发送元件与接收元件之间的预定距离可以足以避免雷达***在凹部内在朝着接收元件的方向上直接反射。因此，可以设置发送元件与接收元件之间的最小距离，以防止发送元件和接收元件直接耦合。另一方面，与不存在天线罩的凹部的雷达***相比，通过天线罩的凹部减小了去耦所需的该最小距离。

发送元件和接收元件可以位于印刷电路板上。通过印刷电路板，可以唯一地限定发送元件和接收元件的基础平面。另外，印刷电路板可以是用于容纳发送元件和接收元件的标准化且便宜的装置。因此，可以通过包括标准化的印刷电路板来降低雷达***的成本。

根据另一实施方式，所述天线罩可以包括具有至少两个平坦表面的板，并且所述天线罩的凹部可以位于所述板的平坦表面中的面对所述发送元件和所述接收元件的平坦表面上。具有平板形状的这种天线罩可以容易地制造，并且此外还可以为发送元件的所有部分的入射角上的传输提供相同的电气长度。

凹部在垂直于板的平坦表面的方向上的深度可以不超过板在相同方向上的厚度的一半。由于凹部深度的这种限制，可以确保形成天线罩的板的稳定性。通常，凹部的深度可以是用于形成天线罩的参数，其中该参数可以被优化，但是可能受到板的所需机械稳定性的限制。这样的优化深度可以是板的厚度的约50％。

凹部可包括相对于板的平坦表面倾斜的表面。具有倾斜表面的凹部比具有平直表面的相应凹部更容易生产。

凹部在沿平坦表面之一的方向上的宽度可以在不接触发送元件和接收元件的相应的仪器化视场的情况下被最大化。因此，在通过增加凹部的宽度使发送元件和接收元件去耦与避免发送元件对凹部的直接辐射(这会抵消去耦)之间达成了折衷。

此外，天线罩可以包括多个凹部。如果天线罩具有多于一个凹部，则由于多次散射所引起的较大部分能量被阻挡或重定向，因此可以增强发送和接收元件的去耦。

可以通过包括凹部的注射成型来生产天线罩。即，可以在生产天线罩之前将凹部包括在模具中。因此，天线罩内的凹部可以用很少的额外努力制成。另选地，可以在生产天线罩之后通过铣削来形成凹部。在这种情况下，现有雷达***的天线罩可另外设有凹部，以增强发送元件与接收元件之间的去耦。

附图说明

在此结合示意性示出的以下附图来描述本公开的示例性实施方式和功能：

图1A描绘了根据背景技术的雷达***的简化图示，

图1B描绘了根据本公开的雷达***的简化图示，

图2描绘了如图2所示的雷达***的仪器化视场，

图3例示了对如图2所示的雷达***的发送和接收元件进行去耦的效果，

图4描绘了根据本公开的雷达***的透视图，

图5A和图5B例示了关于根据本公开的雷达***的天线罩内的凹部的几何形状的变化，以及

图6描绘了发送元件和接收元件的去耦的仿真结果。

附图标记列表

1 天线罩

2 凹部

3 印刷电路板

4 发送天线阵列

5 接收天线阵列

6 辐射角度范围

7 仪器化视场

9 凹部的倾斜内表面

10 箭头

11,12 雷达***

13 箭头

14 壳体

15 重叠距离

21 无凹部的情况下第一天线和第三天线的天线隔离度

22 有凹部的情况下第一天线和第三天线的天线隔离度

23 无凹部的情况下第二天线和第三天线的天线隔离度

24 有凹部的情况下第二天线和第三天线的天线隔离度

具体实施方式

图1A描绘了根据背景技术的雷达***11的简化图示。雷达***11包括天线罩1，该天线罩是由塑料制成的平直平板。雷达***11还包括印刷电路板3，在该印刷电路板上放置有发送元件或发送天线阵列4以及接收元件或接收天线阵列5。天线罩1位于印刷电路板3的顶部，以便覆盖发送天线阵列4和接收天线阵列5，并保护它们免受环境影响，例如免受灰尘、湿气等的影响。

发送天线4发送雷达信号，并且该雷达信号的一部分可以在天线罩1的上表面和下表面处以及另外在印刷电路板3的表面处被多次反射。因此，可以生成发送天线4之一与一些接收天线5之间的耦合路径(如箭头所示)。因此，由发送天线4发送的一部分雷达信号可以到达接收天线5而不会在位于天线罩1之外的目标对象处被散射。

由于发送天线4与接收天线5之间的耦合路径，因此在由接收天线5检测到的反射信号中会产生额外的噪声。反射信号的增强的噪声水平降低了雷达***11的灵敏度。

图1B描绘了根据本公开的雷达***12的简化图示。该雷达***12包括与图1A所示的雷达***11相同的元件。另外，天线罩1还包括凹部或空气腔2，其位于天线罩1的面对印刷电路板3、发送天线4和接收天线5的内表面处。凹部2位于印刷电路板3上的间隙(其中没有放置发送天线4和接收天线5)上方的位置处。如果将印刷电路板3的上表面视为发送天线4和接收天线5所位于的基础平面，则发送天线4和接收天线5位于垂直于基础平面(即，印刷电路板3)延伸并与天线罩1的凹部2相交的另一平面的相应侧上。

如图1B所示，发送天线阵列4和接收天线阵列5均包括超宽辐射角度范围，例如相对于印刷电路板3的上表面的法线(0°)从-90°至+90°。发送天线阵列4和接收天线阵列5各自包括多个基片集成波导天线。为了例示雷达***11的天线向其中辐射大量能量的区域，在图1B中示出了辐射角度范围6。

另外，在图2中描绘了相对于天线罩1的凹部2具有最短距离的发送天线4的仪器化视场7。该仪器化视场7的边界由从发送天线4起的两条线指示，仪器化视场7覆盖了相对于印刷电路板3上表面的法线(见图1B)从-75°至+75°的范围。此外，从相对于天线罩1的凹部2具有最短距离的接收天线5起的线例示了接收天线5的对应仪器化视场。仪器化视场指示了天线4、5前面的、雷达***11可以检测到对象的区域或角度范围。

如图2所示，天线罩1的凹部或空气腔2位于发送天线4的仪器化视场7的外部，并且位于接收天线5的对应仪器化视场的外部。因此，可以避免天线阵列4、5的仪器化视场7内的相位响应失真，并且由于天线罩1的凹部2，从发送天线4到接收天线5的能量传递较少。

图3例示了天线罩1内的凹部2对由发送天线4发送的雷达信号的影响。由发送天线4发送并多次散射的一部分雷达信号被凹部2的表面重定向，因此不会到达任何接收天线5。因此，由于天线罩1内的凹部2，图1A所示的耦合路径中的一部分被转换成相应的重定向路径，如图3所示。因此，由于重定向的路径，大大减少了通过耦合路径从发送天线4传递到接收天线5的能量。因此，由于由天线罩1的凹部2产生的重定向路径，降低了由接收天线5检测到的反射信号的噪声水平。此外，由于降低的噪声水平，提高了雷达***12的灵敏度。

图4描绘了根据本公开的雷达***12的透视图。该雷达***12包括与图2和图3所示相同的元件，即，天线罩1覆盖位于印刷电路板3上的发送天线4和接收天线5。箭头13还指示设在天线罩1的内表面上的凹部2的位置。凹部2平行于发送天线4和接收天线5在雷达***12的壳体14的两个纵向侧面之间延伸。在垂直于天线罩1内的凹部2的延伸的方向上，即，在雷达***12的纵向方向上，发送天线4和接收天线5沿预定距离15重叠。由于该重叠，可以减小雷达***12的外形尺寸。另一方面，发送天线4和接收天线5具有较宽的仪器化视场，如果不存在天线罩1的凹部2则该视场将提供耦合路径(参见图1A和图1B)。相反，天线罩1的凹部2将接收天线5与发送天线4去耦(如图3所示)，而不需要诸如额外的吸收器或带隙结构之类的其它分离装置。

在图5A中，描绘了天线罩1的包括凹部2的部分。代替具有平直的内表面(即，垂直于天线罩1的内表面延伸的侧面)，为凹部2提供了倾斜的侧面9，其中示出了两个不同的倾斜角度。尽管已经证明倾斜侧面9的倾斜角度的变化对电磁辐射(即，对如图1A、图1B和图3所示的耦合路径和重定向路径)的影响很小，但是如果设置倾斜表面9则天线罩1的制造可以简化。

如图5B中的箭头10所示，凹部2在平行于天线罩1的内表面的方向上的宽度可以改变。事实证明，凹部2在平行于天线罩1的内表面的方向上的宽度对发送天线4和接收天线5的去耦具有强烈影响(见图2和图3)。凹部2在垂直于天线罩1的内表面的方向上的深度也是如此。因此，凹部2的宽度和深度是天线罩1的重要设计参数。然而，应该注意的是，天线罩1内的凹部2的宽度和深度的扩展受到发送天线4和接收天线5的仪器化视场7的限制，如图2所示。也就是说，天线罩1内的凹部2的最大宽度和最大深度被限制为使得避免凹部2与发送天线4和接收天线5的仪器化视场7接触或重叠。

图6描绘了天线去耦或天线隔离(即，如图2所示的发送天线4和接收天线5的去耦)的仿真结果。在纵轴上描绘了以dB为单位的天线隔离度，而在横轴上描绘了以GHz为单位的频率。对于该仿真，仅考虑发送天线4与接收天线5之间的最强耦合路径。

详细地，实线21和22表示图2至图4中的第二发送天线4(从右侧起)与最靠近发送天线4的接收天线5(即，从右侧起统的第四天线)之间的耦合路径。此外，虚线23和24示出了第三发送天线4(从右侧起)与最靠近的接收天线5的天线隔离度，即，彼此最靠近并且最靠近凹部2的天线元件4、5(见图2至4)的天线隔离度。此外，线21和23示出了根据如图1A和图1B所示的现有技术的雷达***11的仿真结果，该雷达***11具有不带凹部2的天线罩1。相比之下，线22和24示出了根据如图2至图4所示的本公开的雷达***12的仿真结果，该雷达***12包括具有凹部2的天线罩1，以改善发送天线与接收天线之间的去耦。从图6可以容易地看出，天线罩1内不包含凹部2的雷达***11的曲线21和23与天线罩1内具有凹部2的雷达***12的曲线22、24相比，在所有频率下天线之间的去耦或隔离都更弱。在用于如图4所示的雷达***12的典型操作的76.5GHz的频率下，由于在天线罩1内存在凹部2，因此发送天线与接收天线之间的隔离度改善了约4dB。总而言之，仿真结果表明，天线罩1的凹部2是用于改善发送天线4和接收天线5的去耦或隔离的廉价且有效的措施。

Claims (14)

1.一种雷达***，所述雷达***包括：

至少一个发送元件，所述至少一个发送元件被适配成发送雷达信号，

至少一个接收元件，所述至少一个接收元件被适配成接收由所述发送元件发送的所述雷达信号的反射信号，

天线罩，所述天线罩覆盖所述发送元件和所述接收元件并且具有内表面和外表面，

其中，所述天线罩的所述内表面面对所述发送元件和所述接收元件，

其中，所述天线罩包括位于所述内表面处的凹部，并且

其中，所述发送元件具有发送仪器化视场，所述雷达信号被发送到所述发送仪器化视场中，并且所述接收元件具有接收仪器化视场，所述反射信号是从所述接收仪器化视场接收的，并且

所述天线罩的所述凹部位于所述发送仪器化视场的外部和所述接收仪器化视场的外部，并且平行于所述发送元件和所述接收元件在所述雷达***的壳体的两个纵向侧面之间延伸。

2.根据权利要求1所述的雷达***，其中，

所述发送元件和所述接收元件位于基础平面上，并且

所述发送元件和所述接收元件放置在垂直于所述基础平面延伸并与所述天线罩的所述凹部相交的平面的相应侧上。

3.根据权利要求1所述的雷达***，其中，

所述凹部具有在所述发送仪器化视场与所述接收仪器化视场之间的优化延伸。

4.根据权利要求2所述的雷达***，其中，

当在所述基础平面内沿第一方向观察时，所述发送元件和所述接收元件重叠。

5. 根据权利要求4所述的雷达***，其中，

当沿不同于所述第一方向的第二方向观察时，所述发送元件和所述接收元件分开预定距离，并且

所述天线罩的所述凹部在所述预定距离内位于所述发送元件和所述接收元件上方。

6.根据权利要求5所述的雷达***，其中，

所述发送元件与所述接收元件之间的所述预定距离足以避免所述凹部内的所述雷达信号在朝着所述接收元件的方向上的直接反射。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的雷达***，其中，

所述发送元件和所述接收元件位于印刷电路板上。

8.根据权利要求1所述的雷达***，其中，

所述天线罩包括具有至少两个平坦表面的板，

所述天线罩的所述凹部位于所述板的所述平坦表面中的面对所述发送元件和所述接收元件的平坦表面上。

9.根据权利要求8所述的雷达***，其中，

所述凹部在垂直于所述板的所述平坦表面的方向上的深度不超过所述板在相同方向上的厚度的一半。

10.根据权利要求8或9所述的雷达***，其中，

所述凹部包括相对于所述板的所述平坦表面倾斜的表面。

11.根据权利要求8所述的雷达***，其中，

所述凹部在沿所述平坦表面中的一个的方向上的宽度在不接触所述发送元件和所述接收元件的各自的仪器化视场的情况下被最大化。

12.根据权利要求1所述的雷达***，其中，

所述天线罩包括多个凹部。

13.根据权利要求1所述的雷达***，其中，

所述天线罩是通过包括所述凹部的注射成型生产的。

14.根据权利要求1所述的雷达***，其中，

所述凹部是在生产所述天线罩之后通过铣削形成的。