CN108196255A - 一种车用毫米波雷达系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车用毫米波雷达系统。包括介质基片、雷达芯片、接收天线阵列、第一发射天线阵列和第二发射天线阵列，接收天线阵列包括多列单列天线。第一发射天线阵列中单列天线的数量大于第二发射天线阵列中单列天线的数量，第一发射天线阵列用于探测第一水平视角内且第一探测距离内的行车环境，第二发射天线阵列用于探测第二水平视角内且第二探测距离内的行车环境，其中，第一水平视角小于第二水平视角，第一探测距离大于第二探测距离。从而实现了在能够探测长距离及宽视角的行车环境的情况下，简化雷达系统的设计，提高集成度，降低雷达系统的成本。

Description

一种车用毫米波雷达系统

技术领域

本发明实施例涉及雷达系统技术领域，尤其涉及一种车用毫米波雷达系统。

背景技术

随着智能驾驶，以及汽车安全辅助系统的普及，毫米波雷达系统所起到的作用日趋重要。

车用雷达系统包括多个雷达，例如用于观测车前路况的前置雷达，倒车辅助的角雷达等。前置雷达主要用于相同车道的碰撞预警以及观测车辆前方不同车道的环境。在观测相同车道的环境时，需要观测较远的距离，而在观测不同车道的环境时，需要观测的视角比较宽。因此，前置雷达需要达到既能观测的比较远，又能观测的视角比较宽的要求。

现有技术中，由于天线设计的限制，长距离探测雷达不能实现视角较宽的探测，因此，前置雷达中需要设置一个长距离探测雷达和一个宽视角探测雷达，配合实现对车道环境的长距离及宽视角的探测，但该雷达系统设计较为复杂，成本较高。

发明内容

本发明提供一种车用毫米波雷达系统，以在实现长距离及宽视角探测的情况下，简化雷达系统的设计，提高集成度，降低雷达系统的成本。

第一方面，本发明实施例提供了一种车用毫米波雷达系统，包括介质基片、雷达芯片、接收天线阵列、第一发射天线阵列和第二发射天线阵列，所述接收天线阵列包括多列单列天线；

所述雷达芯片固定在所述介质基片上，所述接收天线阵列、第一发射天线阵列和第二发射天线阵列印刷在所述介质基片上，并与所述雷达芯片在所述介质基片的同一侧；

所述接收天线阵列、第一发射天线阵列和第二发射天线阵列分别与所述雷达芯片连接；

所述第一发射天线阵列中单列天线的数量大于所述第二发射天线阵列中单列天线的数量，所述第一发射天线阵列用于探测第一水平视角内且第一探测距离内的行车环境，所述第二发射天线阵列用于探测第二水平视角内且第二探测距离内的行车环境，其中，所述第一水平视角小于所述第二水平视角，所述第一探测距离大于所述第二探测距离。

具体地，所述第一发射天线阵列中单列天线的数量大于或等于8列，所述第二发射天线阵列中单列天线的数量小于或等于3列。

具体地，所述第一发射天线阵列中单列天线的数量为10列，所述第二发射天线阵列中单列天线的数量为2列。

具体地，所述接收天线阵列、第一发射天线阵列和第二发射天线阵列均通过共面导波结构与所述雷达芯片连接。

具体地，所述接收天线阵列、第一发射天线阵列和第二发射天线阵列中的每列所述单列天线包括串接的16个贴片天线单元。

具体地，每列所述单列天线中所述贴片天线单元的宽度由位于所述贴片天线单元中间的所述贴片天线单元向两边递减。

具体地，所述第一发射天线阵列和所述第二发射天线阵列分别位于所述接收天线阵列的两侧或同一侧。

具体地，所述雷达芯片包括多条通道，所述接收天线阵列中的每列所述单列天线分别对应所述雷达芯片的一条通道。

具体地，所述介质基片的材料包括高频介质材料。

具体地，所述接收天线阵列中相邻两列所述单列天线之间的距离相等或不相等。

具体地，所述介质基片远离所述雷达芯片的一侧印刷有第一金属层，所述第一金属层作为所述车用毫米波雷达系统的参考地。

本发明通过在车用毫米波雷达系统中设置与同一雷达芯片连接的第一发射天线阵列和第二发射天线阵列，第一发射天线阵列中单列天线的数量大于第二发射天线阵列中单列天线的数量，使得第一发射天线阵列可以探测较窄范围内远距离的行车环境，第二发射天线阵列可以探测较宽范围内近距离的行车环境，从而实现了在能够探测长距离及宽视角的行车环境的情况下，简化雷达系统的设计，提高集成度，降低雷达系统的成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种车用毫米波雷达系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种第一发射天线阵列发射的波束的方向图；

图3为本发明实施例提供的一种第二发射天线阵列发射的波束的方向图；

图4为本发明提供的图1沿A-A’方向的剖面图；

图5为本发明实施例提供的一种单列天线的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1为本发明实施例提供的一种车用毫米波雷达系统的结构示意图，本实施例可适用于需要长距离宽视角探测的情况，该车用毫米波雷达系统包括介质基片100、雷达芯片110、接收天线阵列120、第一发射天线阵列130和第二发射天线阵列140，接收天线阵列120包括多列单列天线121。

雷达芯片110固定在介质基片100上，接收天线阵列120、第一发射天线阵列130和第二发射天线阵列140印刷在介质基片100上，并与雷达芯片110在介质基片100的同一侧。

接收天线阵列120、第一发射天线阵列130和第二发射天线阵列140分别与雷达芯片110连接。

第一发射天线阵列130中单列天线131的数量大于第二发射天线阵列140中单列天线141的数量，第一发射天线阵列130用于探测第一水平视角内且第一探测距离内的行车环境，第二发射天线阵列140用于探测第二水平视角内且第二探测距离内的行车环境，其中，第一水平视角小于第二水平视角，第一探测距离大于第二探测距离，其中，行车环境包括其他车辆和障碍物。

雷达芯片110上包括控制器、发射机和接收机，控制器控制发射机通过第一发射天线阵列130或第二发射天线阵列140发射毫米波，当毫米波遇到障碍物时反射形成回波，接收天线阵列120接收回波信号，并将回波信号传递至雷达芯片110上的接收机，接收机将回波信号传递至控制器，控制器根据接收到的回波信号计算障碍物所在的方位和运动速度等信息，从而实现探测的目的。接收天线阵列120包括多列单列天线121，因此接收天线阵列120接收了多组回波数据，控制器根据多组回波数据计算障碍物所在的方位和运动速度等信息，提高了探测的准确性。

第一发射天线阵列130和第二发射天线阵列140分时发射信号，即雷达芯片110中的控制器控制第一发射天线阵列130和第二发射天线阵列140交替发射信号，以避免不同回波信号间的干扰，且便于区分不同发射天线阵列产生的回波信号。第一发射天线阵列130中单列天线131的数量大于第二发射天线阵列140中单列天线141的数量，第一发射天线阵列130在第一方向x上的天线单元个数大于第二发射天线阵列140在第一方向x上的天线单元个数。例如，在图1中，第一发射天线阵列130有10列单列天线131，第二发射天线阵列140有2列单列天线141，因此在第一方向x方向上，第一发射天线阵列130有10个天线单元，第二发射天线阵列140有2个天线单元。雷达系统中，在某一方向的天线的单元个数决定了该天线阵列在这一方向的增益和波束宽度。一般来说，天线的波束宽度d可以由下列公式计算获得：其中的λ是发射天线阵列发射的信号的波长，d1是天线单元之间的距离，也即发射天线阵列中单列天线之间的距离，n是该方向上的天线单元的个数。由上式可知，在发射天线阵列发射的信号的波长和天线单元之间的距离不变时，该方向上的天线单元的个数越多，天线的波束宽度越窄。因此，第一发射天线阵列130在第一方向x上的波束宽度小于第二发射天线阵列140在第一方向x上的波束宽度。另外，发射天线阵列发射的信号的最大增益与天线单元的个数相关，发射天线阵列的最大增益G＝nG1，其中n是该方向上的天线单元的个数，G1是每个天线单元的增益。由此可知，天线单元的个数越多，天线阵列在该方向上的增益越大。因此，当第一发射阵列130中单列天线131的数量大于第二发射天线阵列140中单列天线141的数量时，第一发射天线阵列130在第一方向x上的波束增益大，但是波束宽度比较窄；第二发射天线阵列140在第一方向x上的波束增益小，但是波束宽度比较宽。在毫米波雷达系统中，雷达芯片110中的控制器控制第一发射天线阵列130和第二发射天线阵列140交替性地发射信号，可使毫米波雷达系统实现长距离宽视角的探测，并能够简化雷达系统的设计，提高集成度，降低雷达系统的成本。另外，第一发射天线阵列130和第二发射天线阵列140在第二方向y上的天线单元个数相等，因此第一发射天线阵列130和第二发射天线阵列140在第二方向y上的波束增益和波束宽度近似相等，第一方向x和第二方向y相垂直。

图2为本发明实施例提供的一种第一发射天线阵列发射的波束的方向图，图3为本发明实施例提供的一种第二发射天线阵列发射的波束的方向图。如图1、图2和图3所示，第一发射天线阵列130中单列天线131的数量是10列，第二发射天线阵列140中单列天线141的数量是2列。在图2中，曲线1301表示第一发射天线阵列130在第一方向x上的波束的增益和波束宽度，曲线1302表示第一发射天线阵列130在第二方向y上的波束的增益和波束宽度。由图2可以看出，第一发射天线阵列130在第一方向x上的波束的增益比较大，约23dBi，波束宽度比较窄。在图3中，曲线1401表示第二发射天线阵列140在第一方向x上的波束的增益和波束宽度，曲线1402表示第二发射天线阵列140在第二方向y上的波束的增益和波束宽度。由图3可以看出，第二发射天线阵列140在第一方向x上的波束增益比较小，约16dBi，波束宽度比较宽。第一发射天线阵列130和第二发射天线阵列140在第二方向y上的波束的增益和波束宽度近似相等。由此可知，在同一毫米波雷达系统中，第一发射天线阵列130可用于探测较窄范围内远距离的障碍物，第二发射天线阵列140可用于探测较宽范围内近距离的障碍物。

本实施例的技术方案，通过在车用毫米波雷达系统中设置与同一雷达芯片连接的第一发射天线阵列和第二发射天线阵列，第一发射天线阵列中单列天线的数量大于第二发射天线阵列中单列天线的数量，使得第一发射天线阵列可以探测较窄范围内远距离的行车环境，第二发射天线阵列可以探测较宽范围内近距离的行车环境，从而实现了在能够探测长距离及宽视角的行车环境的情况下，简化雷达系统的设计，提高集成度，降低雷达系统的成本。

可选的，第一发射天线阵列130中单列天线131的数量大于或等于8列，第二发射天线阵列140中单列天线141的数量小于或等于3列。如图1所示，第一发射天线阵列130中单列天线134的数量为10列，第二发射天线阵列140中单列天线141的数量为2列。

第一发射天线阵列130中单列天线131的数量和第二发射天线阵列140中单列天线141中的数量与第一方向x上的波束的增益和宽度有关。一般情况下，车用毫米波雷达系统能够满足行车过程中对行车环境的探测，因此第一发射天线阵列130的探测距离和第二发射天线阵列140的探测视角需要满足安全行车的距离和视角，因此设置第一发射天线阵列130中单列天线131的数量大于或等于8列，第二发射天线阵列140中单列天线141的数量小于或等于3列。在此基础上，为了进一步确保安全行车的距离和视角，设置第一发射天线阵列130中单列天线134的数量为10列，第二发射天线阵列140中单列天线141的数量为2列。

继续参考图1，本实施例在上述各实施例的基础上，接收天线阵列120、第一发射天线阵列130和第二发射天线阵列140均通过共面导波结构150与雷达芯片110连接。

一般情况下，雷达芯片110的尺寸很小，而接收天线阵列120、第一发射天线阵列130和第二发射天线阵列140均与雷达芯片110连接。雷达芯片110包括多条通道，接收天线阵列120中的每列单列天线121分别对应雷达芯片110的一条通道。雷达芯片110的发射和接收通道的间隔较近，因此使用共面波导结构150(即共面微带传输线)实现接收天线阵列120、第一发射天线阵列130和第二发射天线阵列140与雷达芯片110的连接，增加了发射和接收通道之间的间隔，降低了不同单列天线之间的耦合效应。

因采用共面波导实现雷达芯片110与接收天线阵列120、第一发射天线阵列130和第二发射天线阵列140的连接，因此雷达芯片110固定在介质基片100上，而接收天线阵列120、第一发射天线阵列130和第二发射天线阵列140则印刷在介质基片100上。

继续参考图1，在上述各实施例的基础上，介质基片100的材料包括高频介质材料。

具体地，车用毫米波雷达系统发射波的波长一般在1-10mm，其频率在30-300GHz，例如，汽车可以使用的毫米波频段主要为77GHz。车用毫米波雷达系统的发射波或接收波均为高频率的毫米波，因此介质基片100采用高频介质材料，以降低介质基片100对信号能量的损耗。

图4为本发明提供的图1沿A-A’方向的剖面图，在上述各实施例的基础上，介质基片100远离雷达芯片110的一侧印刷有第一金属层150，第一金属层150作为车用毫米波雷达系统的参考地。

如图4所示，介质基片100的一侧101固定有雷达芯片，在介质基片100远离雷达芯片的一侧102印有第一金属层150。介质基片100上有多个金属化过孔160，第一金属层150通过金属化过孔160与车用毫米波雷达系统的接地端实现连接，第一金属层150作为车用毫米波雷达系统的参考地。

本实施例在上述各实施例的基础上，第一发射天线阵列130和第二发射天线阵列140分别位于接收天线阵列120的两侧或同一侧。

第一发射天线阵列130和第二发射天线阵列140与接收天线阵列120的位置关系可根据车用毫米波雷达系统中的介质基片100的尺寸和实际需要等因素设计。一般情况下，第一发射天线阵列130和第二发射天线阵列140分别位于接收天线阵列120的两侧，在介质基片100上容易布局，并且雷达芯片110的发射通道可以实现更大的间隔，降低了不同单列天线之间的耦合效应。

本实施例在上述各实施例的基础上，接收天线阵列120中相邻两列单列天线121之间的距离相等或不相等。

具体地，接收天线阵列120包括多列单列天线121，相邻的单列天线121之间的距离可以相等，也可以不相等。相邻的单列天线121之间的距离相等，接收天线阵列120均匀分布，此时接收天线阵列120占用空间比较小，但是解算障碍物与雷达的相对角度时的精度比较低；相邻的单列天线121之间的距离不相等，使用不等间距的接收天线阵列120需要占用更大的空间，但是其解算障碍物与雷达的相对角度的精度更高。

可选的，上述各列单列天线上可设置多个天线单元，其中天线单元可以为贴片天线单元。示例性的，图5为本发明实施例提供的一种单列天线的结构示意图，接收天线阵列、第一发射天线阵列和第二发射天线阵列中的每列单列天线包括串接的16个贴片天线单元。

每列单列天线中贴片天线单元的宽度W由位于贴片天线单元中间的贴片天线单元向两边递减，可以使得贴片天线单元上面的毫米波的电流呈现泰勒分布，从而降低毫米波波形的副瓣，同时可以抑制其他方向上的反射物对毫米波的反射。

示例性的，如图5所示，单列天线包括串联的16个贴片天线单元1201，不同贴片天线单元1201的宽度W可不相同，长度L也可不相同，表1是第一发射天线阵列中每列单列天线上贴片天线单元1201的尺寸，如表1所示，单列天线上的16个贴片天线单元1201中的第8和第9个贴片天线单元1201的宽度W最大，而向单列天线的两边递减，第1个贴片天线单元1201和第16个贴片天线单元1201的宽度W最小。并且以第8和第9个贴片天线单元1201中间的位置为对称轴，两边对称的贴片天线单元1201的宽度W相等，即单列天线中的贴片天线单元1201的宽度W从中间的贴片天线单元1201向两边递减的程度相同。采用这种宽度W渐变的贴片天线单元1201构成的单列天线传输车用毫米波雷达系统中的毫米波，可降低毫米波方向图中的副瓣，进而提升单列天线的传输性能，从而降低了车用毫米波雷达系统可探测范围外的干扰。

表1第一发射天线阵列单列天线的尺寸(毫米)

	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
																	W	0.38	0.43	0.61	0.81	1.02	1.20	1.32	1.40	1.40	1.32	1.20	1.02	0.81	0.61	0.43	0.38
L	1.16	1.15	1.12	1.09	1.07	1.06	1.06	1.06	1.06	1.06	1.06	1.07	1.09	1.12	1.15	1.16

表1仅是第一发射天线阵列的一种示例，1至16为贴片天线单元的编号。另外，本发明中的接收天线阵列和第二发射天线阵列中的单列天线均可以采用表1所示的单列天线中贴片天线单元的结构。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (11)

1.一种车用毫米波雷达系统，其特征在于，包括介质基片、雷达芯片、接收天线阵列、第一发射天线阵列和第二发射天线阵列，所述接收天线阵列包括多列单列天线；

所述雷达芯片固定在所述介质基片上，所述接收天线阵列、第一发射天线阵列和第二发射天线阵列印刷在所述介质基片上，并与所述雷达芯片在所述介质基片的同一侧；

所述接收天线阵列、第一发射天线阵列和第二发射天线阵列分别与所述雷达芯片连接；

所述第一发射天线阵列中单列天线的数量大于所述第二发射天线阵列中单列天线的数量，所述第一发射天线阵列用于探测第一水平视角内且第一探测距离内的行车环境，所述第二发射天线阵列用于探测第二水平视角内且第二探测距离内的行车环境，其中，所述第一水平视角小于所述第二水平视角，所述第一探测距离大于所述第二探测距离。

2.根据权利要求1所述的车用毫米波雷达系统，其特征在于，所述第一发射天线阵列中单列天线的数量大于或等于8列，所述第二发射天线阵列中单列天线的数量小于或等于3列。

3.根据权利要求2所述的车用毫米波雷达系统，其特征在于，所述第一发射天线阵列中单列天线的数量为10列，所述第二发射天线阵列中单列天线的数量为2列。

4.根据权利要求1所述的车用毫米波雷达系统，其特征在于，所述接收天线阵列、第一发射天线阵列和第二发射天线阵列均通过共面导波结构与所述雷达芯片连接。

5.根据权利要求1所述的车用毫米波雷达系统，其特征在于，所述接收天线阵列、第一发射天线阵列和第二发射天线阵列中的每列所述单列天线包括串接的16个贴片天线单元。

6.根据权利要求5所述的车用毫米波雷达系统，其特征在于，每列所述单列天线中所述贴片天线单元的宽度由位于所述贴片天线单元中间的所述贴片天线单元向两边递减。

7.根据权利要求1所述的车用毫米波雷达系统，其特征在于，所述第一发射天线阵列和所述第二发射天线阵列分别位于所述接收天线阵列的两侧或同一侧。

8.根据权利要求1所述的车用毫米波雷达系统，其特征在于，所述雷达芯片包括多条通道，所述接收天线阵列中的每列所述单列天线分别对应所述雷达芯片的一条通道。

9.根据权利要求1所述的车用毫米波雷达系统，其特征在于，所述介质基片的材料包括高频介质材料。

10.根据权利要求1所述的车用毫米波雷达系统，其特征在于，所述接收天线阵列中相邻两列所述单列天线之间的距离相等或不相等。

11.根据权利要求1所述的车用毫米波雷达系统，其特征在于，所述介质基片远离所述雷达芯片的一侧印刷有第一金属层，所述第一金属层作为所述车用毫米波雷达系统的参考地。