雷达天线组件的制作方法

文档序号:9378661阅读:554来源:国知局
雷达天线组件的制作方法
【专利说明】雷达天线组件 相关申请的交叉引用
[0001] 本申请是题为"雷达传感器模块(RADAR SENSOR MODULE) "并且于2013年11月6 日提交的美国专利申请No. 14/073,489的部分继续申请并且要求该申请的权益,其全部公 开在此通过引用结合于此。 发明领域
[0002] 本发明一般涉及雷达天线组件,并且尤其涉及包括微带贴片、混合耦合器、移相器 和功率分配器的雷达天线组件。
【背景技术】
[0003] 通常在车辆上采用雷达和相机传感器以使得系统能够用于增强的车辆安全,包括 自适应巡航控制(ACC)、前部碰撞警示(FCW)、经由自动制动、预碰撞功能(诸如气囊武装或 预激活)的碰撞缓解或避免、和车道偏离警示(LDW)。采用雷达和相机传感器两者的系统提 供高级别的主动安全性能并且在生产车辆上可用。然而,由于在多个位置处需要多个传感 器,常规系统的成本通常较高并且集成到车辆系统中通常是复杂的,当前这些系统限于豪 华车辆上的任选装备。
[0004] 用在车辆中的雷达和相机传感器的集成可显著地减少传感器成本和车辆集成成 本以使得高性能主动安全系统能够被提供为很多车辆上的标准装备。然而,需要克服很多 设计挑战以有效地实现满足应用要求和车辆集成约束的集成的雷达-相机传感器。

【发明内容】

[0005] 根据一个实施例,提供了适用于被放置于车辆的窗口的后面以通过窗口并在车辆 附近区域中检测物体的雷达天线组件。该组件包括微带贴片、混合耦合器、移相器和功率分 配器。微带贴片被配置成发射雷达信号通过窗口并进入区域中。雷达信号由雷达信号的发 射极化所表征。发射极化受到在微带贴片的第一端口处所接收的第一发射信号和在微带贴 片的第二端口处所接收的第二发射信号所影响。混合耦合器被配置成正交地组合第一输入 信号和第二输入信号以输出第一发射信号和第二发射信号。第一发射信号基于第一输入信 号与负相移的第二输入信号的相对组合,并且第二发射信号基于第二输入信号与负相移的 第一输入信号的相对组合。移相器可操作以根据控制信号改变第二输入信号相对于第一输 入信号的相位。功率分配器被配置成不相等地划分源信号以使得第一输入信号的第一振幅 基本上等于第二输入信号的第二振幅。
[0006] 在另一实施例中,该组件包括插入在微带贴片和混合耦合器之间的阻抗变换器 对。该阻抗变换器对被配置成减少由微带贴片对第一发射信号和第二发射信号的反射。
[0007] 在另一实施例中,该组件包括布置在功率分配器附近的阻抗变换器布置 (arrangement)。阻抗变换器布置被配置成减少由移相器、混合耦合器和功率分配器对源信 号的反射。
[0008] 在阅读优选实施例的下列详细描述后,进一步的特征和优势将更清楚地呈现出, 这些优选实施例仅作为非限定性的示例且结合附图而给出。 附图简述
[0009] 现在将参考附图借助示例来描述本发明,在附图中:
[0010] 图1是根据一个实施例的配备有传感器模块的车辆的俯视图;
[0011] 图2是根据一个实施例的图1的模块的框图;
[0012] 图3是根据一个实施例的图1的模块的透视图;
[0013] 图4是根据一个实施例的图1的模块的侧视图;
[0014] 图5是根据一个实施例的图1的模块的透视剖视图;
[0015] 图6是根据一个实施例的图1的模块的侧面剖视图;
[0016] 图7是根据另一实施例的采用电磁干扰(EMI)屏蔽的集成的雷达-相机传感器的 侧截面图;
[0017] 图8是根据又一个实施例的采用折射块的集成的雷达-相机传感器的侧视图;
[0018] 图9是示出了对于由雷达天线所提供的平行(垂直(vertical))极化,反射损失 相对入射角的曲线图;
[0019] 图10是示出了对于由雷达天线所提供的垂直(perpendicular)(水平)极化,反 射损失相对入射角的曲线图;
[0020] 图11是示出了在76. 5千兆赫(GHz)垂直极化下,在布儒斯特(Brewster)角附近 和超过布儒斯特角的敏感度的曲线图;
[0021] 图12是示出了在76. 5千兆赫垂直极化下,在布儒斯特角附近和超过布儒斯特角 的敏感度的曲线图;以及
[0022] 图13是示出了潜在的附加损失和方位角的影响的曲线图;
[0023] 图14是根据一个实施例的用于图1的模块的天线和控制器的前视图;
[0024] 图15是根据一个实施例的图1的模块的替代性天线和控制器的前视图;
[0025] 图16是根据一个实施例的各种极化角的反射损失对相对于窗口的方位角的曲线 图;
[0026] 图17是根据一个实施例的对于雷达信号的优选极化角对反射损失对相对于窗口 的角度的曲线图;
[0027] 图18是根据一个实施例的适用于用在图1的模块中的天线组件的前视图;以及
[0028] 图19是根据一个实施例的图18的天线组件的尺寸化图示。 详细描述
[0029] 图1示出了车辆10的非限制性示例。车辆10配备有传感器模块20 (下文称为模 块20),该传感器模块20通常被示为位于车辆10的窗口 12后的车辆的内部隔间中。虽然 示出了汽车,但明显的是,模块20也可适用于用在其它车辆上,诸如像半牵引式挂车的重 型道路车辆之类的其他车辆、以及诸如施工设备之类的非道路车辆。在此非限制性示例中, 模块20位于风挡的后面并且一般位于后视镜14的前方。替代地,模块20可被放置成透过 车辆10的侧窗或后窗"看"。
[0030] 模块20包括雷达单元30 (图2),用于发射雷达信号通过窗口 12以通过窗口 12 并在车辆10附近的区域18中检测物体16。在该示例中,区域18 -般被示为车辆10的前 方并且包括由虚线150所限定的雷达视场。雷达单元30接收由当位于雷达视场中时的物 体16所反射的反射雷达信号。如在之后的描述中将变得明显地,模块20包括一些特征,这 些特征特别涉及克服当用于检测物体的雷达信号必须穿过窗口 12时与检测物体有关的问 题。任选地,模块20可包括用于通过窗口 12捕捉位于由虚线160所限定的相机视场中的 图像的相机22 (图2)。
[0031] 模块20通常被配置成检测相对于车辆10的一个或多个物体。此外,模块20可具 有进一步的能力来估算所检测到的物体(多个)的参数,包括,例如,物体位置和速度矢量、 目标尺寸和分类,例如,车辆相对行人。可在车辆10上随车携带模块20以用于汽车安全 应用,包括自适应巡航控制(ACC)、前部碰撞警示(FCW)以及经由自动制动的碰撞缓解或避 免、和车道偏离警示(LDW)。
[0032] 如果包括相机22,则模块20可被配置成有利地将雷达单元30和相机22两者集 成在包含在共有外壳内的单个模块中。模块20被有利地安装在车辆10的乘客隔间内、位 于窗口 12后、且在后视镜14前。将相机22和雷达单元30集成到共有的单个组件(模块 20)中有利地提供了传感器成本的减少。此外,相机22和雷达单元30集成有利地采用如 图2中所示的共有或共享的电子器件和信号处理。此外,将雷达单元30和相机22置于同 一外壳中简化了对准这两个部分从而更易于基于雷达和图像数据的组合(即,-雷达-相 机数据融合)来确定物体16相对于车辆10的位置。
[0033] 根据一个实施例,模块20有利地采用如图3和4中所示的包括多个壁的外壳100。 模块20包括用于基于光波捕捉图像的位于外壳100中的相机22。模块20还包括用于发 射雷达波束并且接收反射雷达信号的位于外壳100内的雷达单元30。模块20进一步包括 雷达-相机处理单元50,用于处理所捕捉的图像和所接收的反射雷达信号并且提供在由虚 线150和虚线160所限定的覆盖区(zone)中所检测到的一个或多个物体的存在的检测的 指示。
[0034] 根据一个实施例,模块20在图2中被示为具有各种部件。模块20包括雷达单元 30、相机22、雷达-相机处理单元50和应用控制单元72。雷达单元30和相机22两者均与 雷达-相机处理单元50通信以处理所接收的雷达信号和相机生成的图像从而使得所感测 到的雷达和相机信号对于各种雷达和视觉功能是有用的。应用控制单元72可被集成在雷 达-相机处理单元内或可与雷达-相机处理单元分离。应用控制单元72可执行利用经处 理的雷达和相机信号的多个已知应用中的任何一个,包括但不限于ACC、FCW和LDW。
[0035] 相机22在图2中被示为包括光学器件24和成像器26两者。应当理解,相机22 可包括用于生成视频图像的商业上可获得的现成的相机。例如,相机22可包括晶片级相机 或其它图像获取设备。相机22接收来自雷达-相机处理单元50的电源58的电能并且用 雷达-相机处理单元50的视频微控制器52来传输数据和控制信号。
[0036] 雷达单元30被示为具有耦合至天线48的收发器32。收发器32和天线48操作 以在由虚线150所限定的期望的覆盖区或波束内发射雷达信号并且操作以接收从位于由 虚线150所限定的覆盖区内的物体反射的反射雷达信号。根据一个实施例,雷达信号30 可发射
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