一种毫米波雷达天线系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种毫米波雷达天线系统，所述天线系统包括天线阵列、主处理器和基带处理电路，天线阵列包括至少2条发射天线及至少2条接收天线，主处理器的发射信号经过发射天线辐射至目标物，接收天线接收目标反射信号，信号经主处理器混频至基带后，由基带处理电路分析计算得到各目标参数。与同等性能雷达相比，天线系统采用单处理芯片集成方案，成本较低，主板及天线排布更为紧凑。采用所述解耦方法，可计算得到目标方位及俯仰角，并且由MIMO等效虚拟阵列原理，上述天线系统可虚拟出更多的接收通道，提高方位角测量分辨率。利用天线系统中的单脉冲天线结构，可解决在接收天线间隔较大时，主波束成形方位角测角模糊的问题。

A Millimeter Wave Radar Antenna System

【技术实现步骤摘要】
一种毫米波雷达天线系统
本技术涉及一种天线系统，特别涉及一种毫米波雷达天线系统。
技术介绍
车载毫米波雷达作为一种提高汽车安全系数的主动预防设备，已经成为了各大汽车厂商及广大消费者关注的重点。雷达通过处理目标物的反射信号从而得到物体的距离、速度、角度等信息。主要原理为雷达内部首先产生一个特定的波形，其中小部分的波束信号被用作参考信号，而另外一大部分波束信号被天线辐射出去。被辐射出去的信号在传播过程中遇到目标则发生反射，反射回来的信号被接收天线接收并与参考信号进行混频，雷达板上的基带电路可以对此混频信号进行处理，得到本车与其他目标物的相对速度、方位角、距离等信息。系统对这些信息进行判断，当系统认定有危险时，会自动进行减速、刹车等，以此保护汽车行驶安全。在车辆行驶过程中，对于无俯仰测角能力的车载雷达，会将有些对于驾驶安全几乎无影响的交通关联物(如路中央的易拉罐，窨井盖等)，以及正常行驶道路中的隧道、桥洞等，视为危险目标，从而采取紧急制动措施，严重影响驾驶体验及驾驶员生命安全；因此，车载毫米波雷达除了方位角测量，俯仰角测角能力也非常重要。目前，毫米波雷达天线主要以微带贴片天线形式为主，大多采用多发多收(MIMO)的体制，而多发多收体制产生的等效多接收通道虽然可以提高信号信噪比，从而提高测距测角精度，但可能会存在以下几个不足：1、毫米波雷达相邻接收天线之间的间隔较大时，主波束成形结果存在测角模糊，如毫米波雷达相邻接收天线之间的间隔大于0.5λ时，雷达方位角测角范围[-αmin,αmax]小于90度，当目标方位角α不在雷达测角范围内时，目标方位角会映射为一个在雷达测角范围内的角度αm，从而雷达接收端无法判断该角度的真实数值是α还是αm，即测角结果存在模糊性问题；2、为了实现较高的分辨率，采用多芯片集成，成本非常高，雷达体积也较为庞大；3、传统的三发四收体制在同时具备俯仰角与方位角测量功能时，虚拟出的接收通道往往较少，导致方位角分辨率较低。有鉴于此，本专利技术人对此进行研究，专门开发出一种毫米波雷达天线系统，本案由此产生。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种毫米波雷达天线系统。为了实现上述目的，本技术的解决方案是：一种毫米波雷达天线系统，包括天线阵列、主处理器和基带处理电路，所述天线阵列包括至少2条发射天线，以及至少2条接收天线，主处理器的发射信号经过发射天线辐射至目标物，接收天线接收被目标物反射回来的信号，所述信号经过主处理器混频后，由基带处理电路分析计算得到各目标参数。作为优选，所述每条发射天线包括至少一个线阵；所述每条接收天线包括至少一个线阵。作为优选，所述线阵包括若干个贴片，所述贴片为宽度经过加权的贴片。通过对每个贴片的宽度进行加权，改变每个贴片的电流强度，继而改变线阵的整体电流分布，降低副瓣，加权方式采用切比雪夫分布，实现波束的等副瓣分布。作为优选，所述天线阵列包括3条发射天线和4条接收天线。作为优选，所述天线阵列包括依次设置的第一发射天线、第二发射天线、第一接收天线、第二接收天线、第三接收天线、第四接收天线和第三发射天线；其中，第一接收天线距离第二接收天线和第三接收天线中心的横向间隔为dx3，其中，3λ≤dx3≤4.5λ；第二接收天线、第三接收天线之间的横向间隔dx4＝0.5λ，第四接收天线距离第二接收天线和第三接收天线中心的横向间隔dx5＝dx3，所述第一发射天线、第二发射天线之间的横向间隔dx1＝dx3/2，纵向间隔dy1＝1.4λ，第二发射天线和第三发射天线之间的横向间隔dx2＝3dx3，纵向间隔为0；其中所述λ为载波波长。一种毫米波雷达天线解耦方法，包括如下步骤：1)天线阵列中的各个发射天线同时、同相发射信号，信号经目标物反射后，由各个接收天线接收；2)根据MIMO等效虚拟阵列原理，等效虚拟得到由N条接收天线组成的虚拟天线阵列，N为实际接收天线数量与发射天线数量的乘积；3)根据公式(1)计算得到虚拟天线阵列中每个接收天线中心的相位值：其中n＝1,2,3···N，daz为虚拟天线阵列各接收天线之间的横向间距，del为虚拟天线阵列各接收天线之间的纵向间距，λ为载波波长，θ为目标方位角，φ为俯仰角，得到虚拟天线阵列中接收天线的总相位集4)根据功能不同将所述总相位集中的各个相位值设置成若干个子集，所述子集包括主波束集第一子波束集第二子波束集和单脉冲集中的其中一个或多个；5)对所述主波束集进行谱估计算，得到目标方位角θ1；对第一子波束集进行谱估计算，得到俯仰角φ；对第二子波束集进行谱估计算，得到目标方位角θ2，对所述单脉冲集采用比相算法，得到无模糊的方位角。作为优选，所述主波束集作为优选，所述第一子波束集包括总相位集中前面一半的各个相位值，即作为优选，所述第二子波束集包括总相位集中n为偶数时的各个相位值，即作为优选，所述单脉冲集包括两根间隔为0.5λ的虚拟接收天线所对应的各个相位值。本技术所述的毫米波雷达天线系统，采用单个主芯片处理器，成本较低，适合大规模量产；同时与同等性能雷达对比，本技术所述的天线排布更为紧凑，收发天线较少，雷达占用空间较小，有助于安装在狭小的车辆内部。采用上述解耦方法的毫米波雷达天线系统，可计算得到测量目标的方位角与俯仰角，在接收天线间隔较大时，利用2个子波束成形进行角度测量，解决主波束成形测角模糊性的问题；而且，在具备俯仰角、方位角测量功能的同时，可虚拟出更多的接收通道，进一步提高方位角测量分辨率。以下结合附图及具体实施例对本技术做进一步详细描述。附图说明图1为本实施例的毫米波雷达天线系统工作原理图；图2为本实施例的天线阵列的布局图；图3为本实施例的虚拟天线阵列的布局图。具体实施方式本实施例所述的毫米波雷达天线系统2，可安装在车辆1的正前方或侧方，如图1所示，所述毫米波雷达天线系统2包括多发多收的天线阵列3、一个主处理器4和一个基带处理电路5，本实施例以三发四收的天线阵列进行详细描述。所述天线阵列3包括依次排列的第一发射天线TX1、第二发射天线TX2、第一接收天线RX1、第二接收天线RX2、第三接收天线RX3、第四接收天线RX4和第三发射天线TX3。各发射天线和接收天线为微带天线阵列，工作频率位于汽车雷达规定使用范围(76～81GHz)。在本实施例中，所述第一发射天线TX1、第二发射天线TX2、第三发射天线TX3均为一个线阵，也可以采用二个线阵或三个线阵的发射天线。当有2个以上的线阵时，需要用功分器进行连接。所述第一接收天线RX1和第四接收天线RX4结构相同，均包括功分器，以及串联在功分器上的两个线阵，所述第二接收天线RX2、第三接收天线RX3结构相同，采用一个线阵，其波束较宽，增益相对发射天线较低一些。串联在同一个功分器上的相邻两个线阵之间的间隔为0.5λ，所述λ为载波波长(即工作波长)，如中心频率76.5GHz处的自由空间波长。如图2所示，在X-Y坐标系中，横向间隔是指沿X轴方向的间隔，纵向间隔是指沿Y轴方向的间隔，所述第一发射天线TX1和第二发射天线TX2之间的横向间隔dx1＝1.5λ，纵向间隔dy1＝1.4λ，第二发射天线TX2和第三发射天线TX3之间的横向间隔dx2＝9λ，纵向间隔为0(即，在同一水平面上)；第一接收天线RX1距离第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种毫米波雷达天线系统，其特征在于：包括天线阵列、主处理器和基带处理电路，所述天线阵列包括至少2条发射天线及至少2条接收天线，主处理器的发射信号经过发射天线辐射至目标物，接收天线接收被目标物反射回来的信号，所述信号经过主处理器混频后，由基带处理电路分析计算得到各目标参数。

【技术特征摘要】
1.一种毫米波雷达天线系统，其特征在于：包括天线阵列、主处理器和基带处理电路，所述天线阵列包括至少2条发射天线及至少2条接收天线，主处理器的发射信号经过发射天线辐射至目标物，接收天线接收被目标物反射回来的信号，所述信号经过主处理器混频后，由基带处理电路分析计算得到各目标参数。2.如权利要求1所述的一种毫米波雷达天线系统，其特征在于：所述每条发射天线包括至少一个线阵；所述每条接收天线包括至少一个线阵。3.如权利要求1所述的一种毫米波雷达天线系统，其特征在于：所述线阵包括若干个贴片，所述贴片为宽度经过加权的贴片。4.如权利要求1所述的一种毫米波雷达天线系统，其特征在于：所述天线阵列包括3条发射天线和4条...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈启生，其他发明人请求不公开姓名，
申请(专利权)人：浙江力邦合信智能制动系统股份有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江,33