本实用新型实施例涉及雷达系统技术领域，尤其涉及一种毫米波雷达系统。
背景技术：
随着毫米波雷达芯片的普及，尤其是77GHz毫米波射频芯片在CMOS工艺领域中的突破，基于毫米波雷达的传感器需求日益增大。毫米波雷达可以被广泛的应用到智能驾驶，智能机器人，交通监测，安防成像，智能家居等领域。
目前大多数毫米波雷达由于成本以及设计的需求，一般都使用固定波束指向特定的方向来实现探测。当实现不同方向的探测时，需要将多个雷达分别通过固定波束探测不同的特定方向来实现。此时，毫米波雷达系统不仅复杂，而且成本高，难以普及。
技术实现要素：
本实用新型提供一种毫米波雷达系统，在实现多方向探测，跟踪目标探测的情况下，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，本实用新型实施例提供了一种毫米波雷达系统，包括：雷达芯片模块、接收天线阵列、发射天线阵列；所述接收天线阵列包括多列单列天线，所述发射天线阵列包括至少两条发射天线；
所述雷达芯片模块包括至少两个带有移相器的发射机，所述发射天线与所述发射机一一对应连接，所述移相器用于调整对应所述发射天线的发射波束的相位，以调整所述发射天线阵列的最大增益方向。
具体地，所述雷达芯片模块还包括控制器，所述控制器与所述移相器连接，用于调整所述移相器的相位。
具体地，所述雷达芯片模块与所述发射天线通过微带传输线连接。
具体地，所述雷达芯片模块与所述单列天线通过共面波导传输线连接。
具体地，相邻两条所述发射天线之间的距离为二分之一个工作波长。
具体地，所述雷达芯片模块还包括接收机，所述雷达芯片模块通过所述接收机与所述接收天线阵列连接，用于接收到达所述接收天线阵列的信号。
具体地，所述发射天线包括第一发射天线和第二发射天线，所述发射机包括第一发射机和第二发射机，所述第一发射机包括第一移相器，所述第二发射机包括第二移相器，所述第一发射天线与所述第一发射机连接，所述第二发射天线与所述第二发射机连接。
具体地，所述接收天线阵列包括4列单列天线。
具体地，该毫米波雷达系统还包括介质基片，所述雷达芯片模块固定在所述介质基片的第一侧面，所述接收天线阵列和所述发射天线阵列印刷于所述介质基片的所述第一侧面。
具体地，所述介质基片的材料包括高频介质材料。
本实用新型通过在雷达芯片模块中设置至少两个带有移相器的发射机，发射天线与发射机一一对应连接，利用移相器调整对应发射天线的发射波束的相位，从而调节相邻的发射天线的发射波束的相位差，以调整发射天线阵列的最大增益方向随着探测方向的改变而改变，从而使毫米波雷达系统实现多方位的波束扫描，进而实现了对目标的跟踪探测，简化了雷达系统的设计，提高了集成度，降低了雷达系统的成本。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的一种毫米波雷达系统的结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的另一种毫米波雷达系统的结构示意图；
图3是本实用新型实施例提供的一种发射机与发射天线阵列的连接示意图；
图4是本实用新型实施例提供的一种相位差随探测方向与雷达的相对角度变化的发射波束的方向图；
图5为本实用新型实施例提供的另一种毫米波雷达系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型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实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
图1为本实用新型实施例提供的一种毫米波雷达系统的结构示意图，图2为本实用新型实施例提供的另一种毫米波雷达系统的结构示意图。本实施例可适用于扫描式探测多个方向的毫米波雷达系统的情况，参考图1和图2，该毫米波雷达系统包括：雷达芯片模块110、接收天线阵列120、发射天线阵列130；接收天线阵列120包括多列单列天线121，发射天线阵列130包括至少两条发射天线131。
雷达芯片模块110包括至少两个带有移相器的发射机111，发射天线131与发射机111一一对应连接，移相器用于调整对应发射天线131的发射波束的相位，以调整发射天线阵列130的最大增益方向。
具体地，发射天线阵列130中发射天线131的数量与发射机111的数量相同，两者实现一一对应。每一个发射机111中均包括移相器，移相器可实现对发射机111发射波束的相位移相，实现对发射天线阵列130的发射波束的最大增益方向的调整。例如，图3是本实用新型实施例提供的一种发射机与发射天线阵列的连接示意图。如图3所示，发射天线阵列130包括两条发射天线131，对应的，雷达芯片模块110包括两个发射机111，且一个发射机111与一条发射天线131对应连接。
雷达芯片模块110通过发射机111发射波束，当发射波束遇到障碍物时，经由障碍物反射回来的回波经过接收天线阵列120接收，传输至雷达芯片模块110，经过雷达芯片模块110判断目标所在的方位并计算出所在方位与雷达的相对角度，通过调整至少两个移相器相位，改变移相器之间的相位差，使发射到发射天线阵列130中的发射波束的最大增益方向调整到障碍物所在方位，并对障碍物所在方位进行探测。因探测方向是发射天线阵列130发射波束的最大增益方向，因此能够实现探测方向的更远距离的探测。当障碍物与雷达的相对角度发生改变时，经由障碍物反射回来的回波经过接收天线阵列120接收，传输至雷达芯片模块110，经过雷达芯片模块110再次判断目标所在的方位并计算出所在方位，并调节至少两个移相器的相位差，使发射波束的最大增益方向调节至障碍物现在的方位对障碍物进行探测。当所需探测方向再次发生改变后，可通过雷达芯片模块110进行下一轮的计算和调节移相器的相位差。由此可知，通过调节至少两个移相器之间的相位差可以实现发射波束的最大增益方向改变，从而实现对障碍物的扫描式跟踪探测。
调节至少两个移相器之间的相位差有多种方式，例如，可以保持其中一个移相器的相位不变，调节另一个移相器的相位，从而改变至少两个移相器之间的相位差；或者，同时调节至少两个移相器的相位，使至少两个移相器之间的相位差满足所需要求。
在上述过程中，至少两个移相器之间的相位差与探测方向与雷达的相对角度之间的公式如下：
其中，α1为一个移相器的相位，α2为另一个移相器的相位，d为发射天线阵列130中两条发射天线131之间的间距，λ为发射波束的工作波长，β为探测方向与雷达的相对角度。
由此可知，通过改变带有移相器的发射机111的发射波束的相位差即可调节探测方向，实现对探测方向的改变。当相位差实现连续一个周期的变化时，毫米波雷达系统可以实现与雷达的相对角度在±90°范围内的探测。
图4是本实用新型实施例提供的一种相位差随探测方向与雷达的相对角度变化的发射波束的方向图。如图4所示，图中横坐标为发射波束的最大增益方向与雷达的相对角度，纵坐标为发射波束在不同方向的增益。由图4可知，图中曲线101的最大增益方向在与雷达的相对角度为0°的方向上，曲线102的最大增益方向在与雷达的相对角度为-20°的方向上，曲线103的最大增益方向在与雷达的相对角度为+8°的方向上。可以看到，通过调整移相器的相位，实现相位差的改变，发射波束的最大增益方向可以指向不同的方向，因此毫米波雷达系统可以实现对不同方向的探测，实现对目标的跟踪探测。
需要说明的是，当发射天线131的数量大于2，带有移相器的发射机111的数量也大于2时，相邻相位的移相器的相位差相等。例如，示例性地，当发射机有3个时，按照发射机111的相位从小到大排序，相邻的两个发射机相位差相等，即相位大小在中间的移相器的相位与相位最小的移相器的相位之差等于相位最大的移相器的相位与相位大小在中间的移相器的相位。
本实施例的技术方案，通过雷达芯片模块设置至少两个带有移相器的发射机，发射天线与发射机一一对应连接，利用移相器调整对应发射天线的发射波束的相位，从而调节相邻的发射天线的发射波束的相位差，以调整发射天线阵列的最大增益方向随着探测方向的改变而改变，从而使毫米波雷达系统实现多方位的波束扫描，进而实现了对目标的跟踪探测，简化了雷达系统的设计，提高了集成度，降低了雷达系统的成本。
在上述实施例的基础上，继续参考图3，发射天线131包括第一发射天线和第二发射天线，发射机111包括第一发射机和第二发射机，第一发射机包括第一移相器，第二发射机包括第二移相器，第一发射天线与第一发射机连接，第二发射天线与所述第二发射机连接。
具体地，如图3所示，第一发射天线与第一发射机连接，因此第一发射机中的第一移相器用于控制第一发射天线的发射波束的相位；第二发射天线与第二发射机连接，因此第二发射机中的第二移相器用于控制第二发射天线的发射波束的相位。当探测方向与雷达的相对角度发生改变时，可以调节第一移相器控制第一发射天线的发射波束的相位，和/或调节第二移相器控制第二发射天线的发射波束的相位，使第一发射天线的发射波束的相位与第二发射天线的发射波束的相位之差等于公式(1)中等式右边，从而使发射天线阵列130的最大增益方向为探测方向。
在上述各实施例的基础上，继续参考图2，雷达芯片模块110与发射天线131通过微带传输线140连接。
微带传输线140是由支在介质基片上的单一导体带构成的微波传输线，适合用于制作微波集成电路的平面结构传输线。与金属波导相比，微带传输线140体积小、重量轻、使用频带宽、可靠性高和制造成本低等。雷达芯片模块110的尺寸很小，且毫米波的频率高，因此雷达芯片模块110与发射天线131通过微带传输线140连接。
在上述各实施例的基础上，继续参考图2，相邻两条发射天线131之间的距离为二分之一个工作波长。
在公式(1)中可以看到，计算至少两个移相器之间的相位差与探测方向与雷达的相对角度的关系时，还与相邻发射天线131之间的距离以及发射波束的工作波长相关。当设置相邻发射天线131之间的距离为发射波束的工作波长的倍数，则可以消除相邻发射天线131之间的距离以及发射波束的工作波长对计算至少两个移相器之间的相位差与探测方向与雷达的相对角度的影响。例如，当相邻两条发射天线131之间的距离为二分之一个工作波长，即代入公式(1)，则公式(1)变为α1-α2＝πsinβ。由此可知，至少两个移相器之间的相位差与探测方向与雷达的相对角度成正比，且比例系数为定值，容易计算。
需要说明的是，当发射天线131的数量大于2时，相邻两条发射天线131的距离均相等。使公式(1)中相邻发射天线131之间的距离d为定值。
在上述各实施例的基础上，继续参考图2，接收天线阵列120包括4列单列天线121。
接收天线阵列120包括多条单列天线121，因此接收天线阵列120接收了多组回波数据，雷达芯片模块110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。示例性地，接收天线阵列120包括4列单列天线121，接收天线阵列120接收了4组回波数据，雷达芯片模块110根据4组回波数据取平均值计算障碍物所在的方位和运动速度等信息，可以提高毫米波雷达系统的准确性。
在上述各实施例的基础上，继续参考图2，雷达芯片模块110与单列天线121通过共面波导传输线150连接。
接收天线阵列120的单列天线121的数量比较多，并分别连接至雷达芯片模块110。雷达芯片模块110包括多条通道，接收天线阵列120中的每列单列天线121分别对应雷达芯片模块110的一条通道。雷达芯片模块110的尺寸很小，雷达芯片模块110的接收通道的间隔较近，因此使用共面波导结构150实现接收天线阵列120与雷达芯片模块110的连接，增加了接收通道之间的间隔，降低了不同单列天线121之间的耦合效应。
在上述各实施例的基础上，继续参考图2，毫米波雷达系统还包括介质基片100，雷达芯片模块110固定在介质基片100的第一侧面，接收天线阵列120和发射天线阵列130印刷于介质基片100的第一侧面。雷达芯片模块110、接收天线阵列120和发射天线阵列130均处于介质基片100的同一侧面，便于实现雷达芯片模块110与接收天线阵列120和发射天线阵列130的连接。
因雷达芯片模块110与发射天线阵列130之间通过微带传输线140连接，雷达芯片模块110与接收天线阵列120之间通过共面波导传输线150连接，因此雷达芯片模块110固定在介质基片100上，而接收天线阵列120和发射天线阵列130则印刷在介质基片100上。
在上述实施例的基础上，介质基片100的材料包括高频介质材料。
具体地，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。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5为本实用新型实施例提供的另一种毫米波雷达系统的结构示意图。参考图5，在上述技术方案的基础上，雷达芯片模块110还包括控制器112和接收机114，雷达芯片模块110通过接收机114与接收天线阵列120连接；控制器112分别与发射机111中的移相器和接收机114连接，用于调整移相器的相位以及对接收机114接收到的接收天线阵列120的信号分析计算，判断障碍物所在的方位和障碍物与雷达的相对角度。
具体的，发射天线阵列130发射的波束遇到障碍物后反射，接收天线阵列120接收到回波信号，并传输至雷达芯片模块110的接收机114，接收机114接收高频的回波信号，并将回波信号滤波混频后进行放大，再通过检波器从混频中过滤掉杂波，使回波信号纯净，最后通过放大器进行放大，并将放大的回波信号传输至雷达芯片模块110中的控制器112；控制器112通过分析计算判断障碍物所在的方位，计算出障碍物与雷达的相对角度，并将障碍物与雷达的相对角度代入公式(1)，计算出相邻发射天线131之间的相位差。此时的相邻发射天线131之间的相位差可使发射天线阵列130的发射波束的最大增益方向为障碍物所在的方位。将计算的相邻发射天线131之间的相位差的值传输至控制器112，控制器112发送指令至移相器，控制移相器的移相值，使相邻的发射天线131之间的相位差满足公式(1)计算出的相邻的发射天线131之间的相位差的值。当障碍物所在方位发生改变时，可重复上述过程，进行扫描式跟踪探测。
注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型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实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。