具有仰角檢測的mimo天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開公開了具有仰角檢測的MIMO天線。本公開一般地涉及雷達(dá)系統(tǒng)的多輸入多輸出(MMO)天線，并且更特定地涉及將一個發(fā)射天線與另一個垂直偏移由此能夠確定到目標(biāo)的仰角。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)今使用的許多地面車輛(例如汽車)雷達(dá)系統(tǒng)僅能夠確定到目標(biāo)或?qū)ο蟮木嚯x和水平角或方位角。這種系統(tǒng)的發(fā)射天線和接收天線一般分別是輻射體和檢測器元件或片的垂直陣列。然而，已經(jīng)意識到期望確定到對象的垂直角或仰角，從而使得諸如懸伸的橋或者建筑物之類的高架對象不會被無意中確定為車輛行進(jìn)路徑中的對象。
[0003]由于汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)對成本因素特別敏感，因此一般將發(fā)射天線和接收天線輸入的數(shù)量保持到最小。發(fā)射和接收天線的數(shù)量影響雷達(dá)在方位和俯仰上的空間能力，并且也帶動系統(tǒng)成本。即，更多的天線以增加成本的代價提供了更優(yōu)的能力。增加仰角分辨率的現(xiàn)有的嘗試增加了發(fā)射和/或接收天線的數(shù)量，這伴隨著系統(tǒng)成本的增加。為了增加天線增益，接收天線可具有檢測器元件的多個線列或陣列。并行陣列增大了子陣列的相位中心之間的間隔，這導(dǎo)致了對于不同方位角在接收天線敏感度方面的非理想的較大變化的柵瓣。減少柵瓣影響的一種方式是提供模擬波束形成器，該模擬波束形成器被設(shè)計成交疊子陣列從而有效降低子陣列的相位中心之間的間隔。然而，這一方法通常要求復(fù)雜的多層反饋結(jié)構(gòu)，這導(dǎo)致不必要的高成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)一種實施方式，提供了雷達(dá)系統(tǒng)的多輸入多輸出(MMO)天線。所述天線包括接收天線、第一發(fā)射天線、和第二發(fā)射天線。所述接收天線被配置成檢測由目標(biāo)向接收天線反射的雷達(dá)信號。第一發(fā)射天線由輻射體元件的第一垂直陣列形成。第二發(fā)射天線由不同于第一垂直陣列的輻射體元件的第二垂直陣列形成。第二發(fā)射天線與第一發(fā)射天線垂直偏移達(dá)垂直偏移距離，該垂直偏移距離被選擇使得能夠確定到目標(biāo)的仰角。
[0005]在另一實施方式中，提供了雷達(dá)系統(tǒng)的多輸入多輸出(MMO)天線。所述天線包括第一發(fā)射天線、第二發(fā)射天線、和接收天線。第一發(fā)射天線被配置成向目標(biāo)發(fā)射第一雷達(dá)信號。第一發(fā)射天線由輻射體元件的第一垂直陣列形成。第二發(fā)射天線被配置成向目標(biāo)發(fā)射第二雷達(dá)信號。第二發(fā)射天線由不同于第一垂直陣列的輻射體元件的第二垂直陣列形成。所述接收天線被配置成檢測由目標(biāo)向接收天線反射的雷達(dá)信號。所述接收天線由檢測器元件的多個成對的垂直陣列形成。
[0006]進(jìn)一步的特征和優(yōu)點在閱讀以下優(yōu)選實施方式的詳細(xì)描述時將更清楚地顯現(xiàn)，優(yōu)選實施方式以僅非限制示例和參考附圖方式給出。
【附圖說明】
[0007]現(xiàn)在將參考附圖以示例方式描述本發(fā)明，其中:
[0008]圖1A為根據(jù)一個實施方式的雷達(dá)系統(tǒng)的多輸入多輸出(MMO)天線；
[0009]圖1B為源自圖1A的MMO天線配置的等效虛擬接收天線；
[0010]圖2A為根據(jù)一個實施方式的雷達(dá)系統(tǒng)的MMO天線；
[0011]圖2B源自圖2A的MMO天線配置的等效虛擬接收天線；
[0012]圖3A為根據(jù)一個實施方式的圖1A的MMO天線的性能特性圖；
[0013]圖3B為根據(jù)一個實施方式的圖4A的MMO天線的性能特性圖；
[0014]圖4A為根據(jù)一個實施方式的雷達(dá)系統(tǒng)的MMO天線；
[0015]圖4B為源自圖4A的MMO天線配置的等效虛擬接收天線；
[0016]圖5A為根據(jù)一個實施方式的雷達(dá)系統(tǒng)的MMO天線；
[0017]圖5B為源自圖5A的MMO天線配置的等效虛擬接收天線；
[0018]圖6A為根據(jù)一個實施方式的雷達(dá)系統(tǒng)的MMO天線；
[0019]圖6B為源自圖6A的MMO天線配置的等效虛擬接收天線；
[0020]圖7A為根據(jù)一個實施方式的雷達(dá)系統(tǒng)的MMO天線；以及
[0021]圖7B為源自圖7A的MMO天線配置的等效虛擬接收天線。
【具體實施方式】
[0022]通常，多輸入多輸出(MIMO)天線架構(gòu)為電掃描提供了改善的空間覆蓋率和分辨率。MIMO操作通常要求多個發(fā)射和多個接收天線以及多個發(fā)射機和接收機。然而，此處展示的教導(dǎo)也適用于更簡單的接收天線配置，例如包括單個元件的單個接收天線。此處描述了 MIMO天線的各種配置，其中發(fā)射和接收天線的數(shù)量依賴于在方位(水平)和俯仰(垂直)維度兩者要求的空間覆蓋率和分辨率。發(fā)射機和接收機的數(shù)量可以等于發(fā)射和接收天線的數(shù)量，或者可以在各個發(fā)射和/或接收機天線之間分時操作更少數(shù)量的發(fā)射機和接收機。然而，為了最佳性能，使用并行發(fā)射和接收信道，每個天線一個信道，而不是分時操作。
[0023]發(fā)射和接收天線的數(shù)量影響雷達(dá)在方位和俯仰上的空間能力，并且也影響系統(tǒng)成本。通常，更多的天線以增加的成本為代價提供更好的能力。如將更詳細(xì)描述的，提供合適的方位分辨率的天線或系統(tǒng)可以以直接(straightforward)方式重新配置以增加仰角分辨率。即，當(dāng)與僅提供方位(或仰角分辨率)的配置相比，此處描述的MMO天線的一些配置在不增加發(fā)射或接收天線數(shù)量的情況下同時方位和仰角分辨率兩者，并且還提供了合適的柵瓣特性。換言之，從提供足夠的方位分辨率的配置開始，此處描述的改善在不增加發(fā)射(TX)天線或接收(RX)天線數(shù)量的情況下增加了仰角分辨率。
[0024]此處描述的一些MMO配置的另一方面包括在水平維度上間隔多個TX和RX天線，這同時提供了較高增益的天線，具有半波長間隔的虛擬合成陣列以避免柵瓣。相比較小、較低增益的天線，較大、較高增益的天線提供更好的檢測范圍和較高的空間分辨率。為了避免柵瓣，形成TX和RX天線的垂直陣列通常被要求間隔半波長。由此，具有MMO或常規(guī)數(shù)字波束成形架構(gòu)的較大天線要求為半波長間隔附加的TX和/或RX信道(較高成本)以避免柵瓣。
[0025]此處描述的一些MMO配置的另一方面包括將TX和RX天線兩者的尺寸加倍的MIMO天線配置，具有50%交疊子陣列的虛擬陣列且沒有分開的模擬反饋結(jié)構(gòu)。TX和RX天線尺寸的增加改善了檢測范圍和空間分辨率。在使用的特定配置中，50%交疊子陣列獲得垂直陣列的半波長間隔以形成虛擬接收天線，這些一起消除了柵瓣。
[0026]圖7A和7B描述了 MMO天線710和示出與第一發(fā)射天線722和第二發(fā)射天線724協(xié)作的接收天線720的等效性能的虛擬接收天線712的非限制示例。即，形成接收天線720、第一發(fā)射天線722、和第二發(fā)射天線724的六個垂直陣列可提供與僅使用單個接收天線(未示出)時的虛擬接收天線712相同的增益和方位檢測特性。應(yīng)當(dāng)理解的是，MIMO天線710要求兩個發(fā)射機和四個接收機來操作(假設(shè)發(fā)射機和接收機未被復(fù)用或者以其他方式分時操作)從而提供與連接到虛擬接收天線712的一個發(fā)射機和八個接收機相同的性能。
[0027]由于四個接收陣列(RX1，RX2，RX3，RX4)每個均為單個元件陣列(即，具有單線陣(string)的檢測器元件)，四個接收天線可以被物理間隔開半波長(λ/2)。通過將第一發(fā)射天線722與第二發(fā)射天線724間隔開兩個波長(4 λ /2)，虛擬接收天線具有如所示具有一個半波長間隔的八個單元件陣列。由此，所得虛擬接收天線712有效地是接收天線720的兩倍寬度，由此兩倍地改善了接收天線720的有效空間分辨率。
[0028]需要注意的是，MMO天線710可用于經(jīng)由數(shù)字波束成形確定多個目標(biāo)的水平或方位角度，但是MMO天線710通常對于測量目標(biāo)的垂直或仰角沒有用處。增加仰角測量能力的一種方式是在垂直維度上分離TX或RX天線以使TX或RX天線和其各自的發(fā)射或接收通道的數(shù)量加倍(即4-TX/4-RX配置或者2-TX/8-RX配置)。
[0029]繼續(xù)參考圖7作為示例，雷達(dá)檢測范圍可受限于各天線的增益。增加天線的高度是增加天線增益的一種選項，但是高度通常受限于包裝尺寸約束和/或需要的仰角覆蓋?？梢酝ㄟ^添加附加并行虛擬陣列而在寬度上增加TX天線以改善檢測范圍，但是寬度可受限于需要的方位覆蓋。類似地增加RX天線寬度增大了增益，但是也將其間隔增加到大于半波長，這導(dǎo)致了在數(shù)字波束成形中非理想的柵瓣。另一選項是增加RX和/或RX天線的數(shù)量,這由此增加了成本。
[0030]通過示例并非限制，為76.5*10~9的雷達(dá)赫茲(76.5GHz)而選擇此處描述的各種MMO天線的特征的尺寸或大小。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會意識到特征可以被調(diào)整比例或以其他方式改變以使得天線110適應(yīng)用于在不同雷達(dá)頻率的操作。垂直陣列還已知為微帶天線或微帶輻射體，并且可以被布置在基底(未示出)上。每個垂直陣列可以是線列或線性陣列元件或者貼片，其由半盎司銅箔在380微米(μπι)厚基底上形成，諸如來自康涅狄格的羅杰的羅杰公司(Rogers Corporat1n ofRogers)的R05880基底。垂直陣列的合適的整體長度是四十八毫米(48mm)。元件或貼片具有1394 μπι寬度和1284 μπι高度。貼片傾斜度可以為雷達(dá)信號的一個引導(dǎo)波長，例如2560 μ m,且互聯(lián)每個貼片的微帶可以為503 μ m寬。優(yōu)選地，元件或貼片被布置在基底的表面上，并且諸如反饋網(wǎng)絡(luò)之類的其它特征被布置在基地的內(nèi)層或