本实用新型实施例涉及雷达技术领域，尤其涉及一种车用毫米波角雷达系统。
背景技术：
随着智能驾驶，以及汽车安全辅助的普及，毫米波雷达系统所起到的作用日趋重要。而作为毫米波雷达系统不可缺少的部分-角雷达，主要用于实现后方碰撞预警，变道辅助，倒车辅助，以及开门碰撞辅助等，因此一般来说角雷达都需要有很宽的视野。
现有的角雷达中的天线系统一般使用具有较大波束宽度的天线来实现宽视野的要求，然而宽波束的天线一般都具有较低的增益，从而限制了探测距离。而且一般情况下，为了使角雷达能够覆盖足够的视角，设置角雷达时让其与车身形成一个夹角，天线波束在垂直与角雷达所在平面的方向的增益最大，而在偏离该方向时，天线增益开始降低，从而进一步限制了车的正后方和侧面的探测距离。
技术实现要素：
本实用新型提供一种车用毫米波角雷达系统，以实现同一角雷达在车身的正后方和侧面实现更远距离的探测，从而简化了车用毫米波角雷达系统的设计，提高集成度，降低车用毫米波角雷达系统的成本。
第一方面，本实用新型实施例提供了一种车用毫米波角雷达系统，包括第一角雷达和第二角雷达，所述第一角雷达和所述第二角雷达分别设置于车尾的两端，且所述第一角雷达所在平面与车身具有第一夹角，所述第二角雷达所在平面与所述车身具有第二夹角；
在水平面上，至少所述第一角雷达具有第一最大增益和第二最大增益；
所述第一最大增益的第一增益方向与第一方向之间具有第一偏转夹角，且所述第一增益方向偏向所述第一角雷达对应的车的侧方，所述第二最大增益的第二增益方向与所述第一方向之间具有第二偏转夹角，且所述第二增益方向偏向所述车的后方，其中所述第一方向与所述第一角雷达所在平面垂直。
具体地，所述第二角雷达具有第三最大增益和第四最大增益；
所述第三最大增益的第三增益方向与第二方向之间具有第三偏转夹角，且所述第三增益方向偏向所述第二角雷达对应的车的侧方，所述第四最大增益的第四增益方向与所述第二方向之间具有第四偏转夹角，且所述第四增益方向偏向所述车的后方，其中所述第二方向与所述第二角雷达所在平面垂直。
具体地，所述第一夹角和所述第二夹角相等，所述第一偏转夹角和所述第二偏转夹角相等。
具体地，所述第二偏转夹角和所述第一夹角相等。
具体地，所述第一角雷达包括雷达芯片、接收天线阵列、第一发射天线阵列和第二发射天线阵列；所述第一发射天线阵列通过第一馈电网络与所述雷达芯片连接，所述第二发射天线阵列通过第二馈电网络与所述雷达芯片连接；
所述第一馈电网络包括第一输入线和多个第一输出线，所述第一输入线和多个所述第一输出线通过第一中间节点连接；所述第一输入线的输入端与所述雷达芯片的第一输出端连接，多个所述第一输出线分别与所述第一发射天线阵列中的单列天线一一对应连接，多个所述第一输出线的长度不同；
所述第二馈电网络包括第二输入线和多个第二输出线，所述第二输入线和多个所述第二输出线通过第二中间节点连接；所述第二输入线的输入端与所述雷达芯片的第二输出端连接，多个所述第二输出线分别与所述第二发射天线阵列中的单列天线一一对应连接，多个所述第二输出线的长度不同。
多个所述第一输出线按长度排序，相邻的两个所述第一输出线的长度差l1和间距d1与所述第一偏转夹角c的关系是
多个所述第二输出线按长度排序，相邻的两个所述第二输出线的长度差l2和间距d2与所述第一偏转夹角d的关系是
其中，λ0是所述毫米波雷达系统发射的波束在空气中传播的波长，λg是所述毫米波雷达系统发射的波束在所述第一输出线中传播的波长。
具体地，所述雷达芯片用于分时控制所述第一发射天线阵列和所述第二发射天线阵列发射信号；
所述第一最大增益为所述第一发射天线阵列的最大增益，所述第二最大增益为所述第二发射天线阵列的最大增益。
具体地，所述第二角雷达和所述第一角雷达结构相同。
具体地，所述第一发射天线阵列与所述第二发射天线阵列的单列天线的数量均等于或大于2。
具体地，所述接收天线阵列中相邻两列单列天线之间的距离相等或不相等。
具体地，所述第一角雷达还包括介质基片；
所述雷达芯片固定在所述介质基片的一侧表面，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，并与所述雷达芯片处于同一侧面。
本实用新型通过设计第一角雷达具有第一最大增益和第二最大增益，使第一最大增益的第一增益方向偏向第一角雷达对应的车的侧方，第二最大增益的第二增益方向为车的后方，使第一角雷达既能探测第一角雷达对应的车的侧方更远的距离，又能探测车的后方更远的距离，因此在不增加车用毫米波角雷达系统设计的复杂度的同时达到了探测车速的后方和侧方更远距离的目的，并且提高了车用毫米波角雷达系统的集成度，降低车用毫米波角雷达系统的成本。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的一种车用毫米波角雷达系统的结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的一种第一角雷达的结构示意图；
图3为本实用新型实施例提供的一种第一馈电网络与第一发射天线阵列的结构示意图；
图4为本实用新型实施例提供的一种第二馈电网络与第二发射天线阵列的结构示意图；
图5为本实用新型实施例提供的一种第一馈电网络的结构示意图；
图6为本实用新型实施例提供的一种第二馈电网络的结构示意图；
图7为本实用新型实施例提供的一种发射天线阵列的水平方向的增益示意图；
图8为本实用新型实施例提供的一种第一角雷达的水平方向的增益示意图。
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车用毫米波角雷达系统的结构示意图，本实施例可适用于车用角雷达探测行车后方和侧方远距离的环境等情况，该车用毫米波角雷达系统包括第一角雷达110和第二角雷达120，第一角雷达110和第二角雷达120分别设置于车尾的两端A和B，且第一角雷达110所在平面与车身具有第一夹角a，第二角雷达120所在平面与车身具有第二夹角b。
在水平面上，至少第一角雷达110具有第一最大增益和第二最大增益。
第一最大增益的第一增益方向x1与第一方向x之间具有第一偏转夹角c，且第一增益方向x1偏向第一角雷达110对应的车的侧方，第二最大增益的第二增益方向x2与第一方向x之间具有第二偏转夹角d，且第二增益方向x2偏向车的后方，其中第一方向x与第一角雷达110所在平面垂直。
具体地，第一角雷达110和第二角雷达120分别置于车尾的两端A和B，并且第一角雷达110所在平面与车身具有第一夹角a，第二角雷达120所在平面与车身具有第二夹角b，使第一角雷达110和第二角雷达120能够覆盖车身的侧方和后方更大范围的视角。现有技术中，第一角雷达和第二角雷达发射的波束的最大增益方向为角雷达所在平面的垂直方向，即第一角雷达发射的波束的最大增益方向为第一方向x，第二角雷达发射的波束的最大增益方向为第二方向y。而在车身的侧方和后方，角雷达发射的波束的衰减严重，增益小，探测距离短。第一角雷达在车身的侧方和车后的方向的增益小，探测距离短；第二角雷达在车身的侧方和车后的方向的增益小，探测距离短。
在本实施例的技术方案中，第一角雷达110具有第一最大增益和第二最大增益。第一最大增益的第一增益方向即为图1中的第一增益方向x1，与第一方向x之间具有第一偏转夹角c。在第一增益方向x1上，第一角雷达110具有第一最大增益，第一增益方向x1指向第一角雷达110对应的车的侧方，因此第一角雷达110在第一角雷达110对应车的侧方具有一个最大增益，能够探测车的侧方更远的距离。第一角雷达110在第二增益方向x2具有第二最大增益，第二增益方向x2指向为车的后方，因此第一角雷达110在车的后方也具有一个最大增益，能够探测车的后方更远的距离。由此可知，第一角雷达110既能探测第一角雷达110对应的车的侧方更远的距离，又能探测车的后方更远的距离，因此在不增加车用毫米波角雷达系统设计的复杂度的同时达到了探测车速的后方和侧方更远距离的目的，并且提高了车用毫米波角雷达系统的集成度，降低车用毫米波角雷达系统的成本。
需要说明的是，第一最大增益和第二最大增益的大小可以相等或不相等。第一最大增益和第二最大增益的大小取决于第一角雷达110的设计。当探测车的后方的距离相对探测车的侧方的距离比较远时，可以设计第二最大增益比较大。或者，第一最大增益和第二最大增益大小相等，以所需探测距离比较远的方向的所需增益为准设计。
本实施例的技术方案，通过设计第一角雷达具有第一最大增益和第二最大增益，使第一最大增益的第一增益方向偏向第一角雷达对应的车的侧方，第二最大增益的第二增益方向为车的后方，使第一角雷达既能探测第一角雷达对应的车的侧方更远的距离，又能探测车的后方更远的距离，因此在不增加车用毫米波角雷达系统设计的复杂度的同时达到了探测车速的后方和侧方更远距离的目的，并且提高了车用毫米波角雷达系统的集成度，降低车用毫米波角雷达系统的成本。
继续参考图1，在上述技术方案的基础上，第二角雷达120具有第三最大增益和第四最大增益。
第三最大增益的第三增益方向y1与第二方向y之间具有第三偏转夹角e，且第三增益方向y1偏向第二角雷达120对应的车的侧方，第四最大增益的第四增益方向y2与第二方向y之间具有第四偏转夹角f，且第四增益方向y2偏向车的后方，其中第二方向y与第二角雷达120所在平面垂直。
与第一角雷达110类似，第二角雷达120具有第三最大增益和第四最大增益。第三最大增益的第三增益方向y1与第二方向y之间具有第三偏转夹角e。在第三增益方向y1上，第二角雷达120具有第三最大增益，第三增益方向y1指向第二角雷达120对应的车的侧方，因此第二角雷达120在第二角雷达120对应的车的侧方具有一个最大增益，能够探测第二角雷达120对应的车的侧方更远的距离。第二角雷达120在第四增益方向y2具有第四最大增益，第四增益方向y2指向车的后方，因此第二角雷达120在车的后方也具有一个最大增益，能够探测车的后方更远的距离。由此可知，第二角雷达120既能探测第二角雷达120对应的车的侧方更远的距离，又能探测车的后方更远的距离，因此在不增加车用毫米波角雷达系统设计的复杂度的同时达到了探测车速的后方和侧方更远距离的目的，并且提高了车用毫米波角雷达系统的集成度，降低车用毫米波角雷达系统的成本。
第一角雷达110和第二角雷达120可同时进行探测。此时需要分别控制第一角雷达110和第二角雷达120工作。第一角雷达110探测第一角雷达110对应的车的侧方和车的后方的行车环境，第二角雷达120探测第二角雷达120对应的车的侧方和车的后方的行车环境。第一角雷达110和第二角雷达120实现对车的两侧和后方的行车环境的探测。另外，车用毫米波角雷达系统工作的频率为高频，一般在30-300GHz，例如可以是77GHz，因此其工作周期时间很短。第一角雷达110和第二角雷达120也可以采用分时交替的工作模式，此时可控制第一角雷达110和第二角雷达120分时交替的工作，同样可以实现对车的两侧和后方的行车环境的探测。
需要说明的是，第一角雷达110的第一最大增益和第二最大增益与第二角雷达120的第三最大增益和第四最大增益相互独立，分别与第一角雷达110的设计和第二角雷达120的设计相关。
在上述各实施例的基础上，第一夹角a和第二夹角b相等，第一偏转夹角c和第二偏转夹角d相等。
具体地，第一夹角a和第二夹角b相等，则第一角雷达110和第二角雷达120设置在车尾的两端A和B根据车身100的前后方向CC’轴对称。因此，当第一角雷达110的第一增益方向x1偏向第一角雷达110对应的车的侧方，第二增益方向x2对应车的后方，以及第二角雷达120的第三增益方向y1偏向第二角雷达120对应的车的侧方，第四增益方向y2对应车的后方时，第一角雷达110最大增益方向由第一方向x偏向第一增益方向x1和第二增益方向x2的偏转角度与第二角雷达120的最大增益方向由第二方向y偏向第三增益方向y1和第四增益方向y2的偏转角度相等。因此，可以简化第一角雷达110和第二角雷达120的设计。
第一偏转夹角c和第二偏转夹角d相等时，则第一偏转夹角c和第二偏转夹角d均为45°，第一增益方向x1和第二增益方向x2垂直。因第一方向x垂直于第一角雷达110所在平面，因此第一夹角a同样为45°。
在上述各实施例的基础上，第二偏转夹角d和第一夹角a相等。
当第一角雷达110所在平面与车身100具有第一夹角a时，调整第一角雷达110的第二最大增益由第一方向x向车后方偏离a的角度，使得第二偏转夹角d和第一夹角a相等。此时，第二增益方向指向车的正后方，从而可以探测车的正后方的更远的距离。
图2为本实用新型实施例提供的一种第一角雷达的结构示意图，图3为本实用新型实施例提供的一种第一馈电网络与第一发射天线阵列的结构示意图，图4为本实用新型实施例提供的一种第二馈电网络与第二发射天线阵列的结构示意图。本实施例在上述各实施例的基础上，第一角雷达110包括雷达芯片111、接收天线阵列112、第一发射天线阵列113和第二发射天线阵列114；第一发射天线阵列113通过第一馈电网络115与雷达芯片111连接，第二发射天线阵列114通过第二馈电网络116与雷达芯片111连接。
第一馈电网络115包括第一输入线1151和多个第一输出线1152，第一输入线1151和多个第一输出线1152通过第一中间节点1153连接；第一输入线1151的输入端与雷达芯片111的第一输出端连接，多个第一输出线1152分别与第一发射天线阵列113中的单列天线一一对应连接，多个第一输出线1152的长度不同。
第二馈电网络116包括第二输入线1161和多个第二输出线1162，第二输入线1161和多个第二输出线1162通过第二中间节点1163连接；第二输入线1161的输入端与雷达芯片111的第二输出端连接，多个第二输出线1162分别与第二发射天线阵列114中的单列天线一一对应连接，多个第二输出线1162的长度不同。
具体地，如图3所示，当车用毫米波角雷达系统工作时，雷达芯片111发射毫米波信号，通过第一馈电网络115的第一输入线1151输入至第一中间节点1153，第一中间节点1153将毫米波信号同时输入至多个第一输出线1152，因多个第一输出线1152的长度不同，在多个第一输出线1152中传输的毫米波信号的传输速度相同，因此经过多个第一输出线1152后输入至第一发射天线阵列113中不同的单列天线的毫米波信号之间有相位差。第一发射天线阵列113中不同的单列天线中传输的毫米波信号之间的相位差的值可以调节第一发射天线阵列113发射的毫米波的最大增益方向。因此可以通过调节多个第一输出线1152之间的长度差调节第一发射天线阵列113中不同的单列天线中的毫米波信号的相位差，从而调节第一发射天线阵列113发射的毫米波的最大增益方向。
如图4所示，第二馈电网络116的多个第二输出线1162的长度也不同。其工作原理与第一馈电网络115相同，此处不再赘述。通过第二馈电网络116的多个第二输出线1162之间的长度差调节第二发射天线阵列114中不同的单列天线中的毫米波信号的相位差，从而调节第二发射天线阵列114发射的毫米波的最大增益方向。
需要说明的是，第一馈电网络115中相邻的第一输出线1152的长度差相等。如图3所示，示例性地，第一馈电网络115包括3个第一输出线1152，3个第一输出线1152按照长度从短到长顺序排列，最短长度的第一输出线1152和中间长度的第一输出线1152的长度差与中间长度的第一输出线1152和最长长度的第一输出线1152的长度差相等，第一发射天线阵列113中相邻的单列天线的相位差相等。同理，第二馈电网络116中相邻的单列天线的长度差相等。
第一角雷达110具有第一发射天线阵列113和第二发射天线阵列114，第一发射天线阵列113通过调节第一馈电网络115中相邻的第一输出线1152的长度差调节第一发射天线阵列113的最大增益方向。第二发射天线阵列114通过调节第二馈电网络116中相邻的第二输出线1162的长度差调节第二发射天线阵列114的最大增益方向。当第一发射天线阵列的最大增益方向对应第一角雷达110的第一增益方向x1或第二增益方向x2，第二发射天线阵列的最大增益方向对应第一角雷达110的第二增益方向x2或第一增益方向x1时，第一角雷达110实现了在第一角雷达对应的车的侧方和车的后方有最大增益，使第一角雷达110既能探测第一角雷达对应的车的侧方更远的距离，又能探测车的后方更远的距离，因此在不增加车用毫米波角雷达系统设计的复杂度的同时达到了探测车速的后方和侧方更远距离的目的，并且提高了车用毫米波角雷达系统的集成度，降低车用毫米波角雷达系统的成本。
本实施例的技术方案，通过调节第一馈电网络中相邻的第一输出线的长度差调节第一发射天线阵列的最大增益方向，第二馈电网络中相邻的第二输出线的长度差调节第二发射天线阵列的最大增益方向，使第一角雷达实现了在第一角雷达对应的车的侧方和车的后方有最大增益，既能探测第一角雷达对应的车的侧方更远的距离，又能探测车的后方更远的距离，因此在不增加车用毫米波角雷达系统设计的复杂度的同时达到了探测车速的后方和侧方更远距离的目的，并且提高了车用毫米波角雷达系统的集成度，降低车用毫米波角雷达系统的成本。
图5为本实用新型实施例提供的一种第一馈电网络的结构示意图，图6为本实用新型实施例提供的一种第二馈电网络的结构示意图。在上述各个实施例的基础上，多个第一输出线1152按长度排序，相邻的两个第一输出线1152的长度差l1和间距d1与第一偏转夹角c的关系是
多个第二输出线1162按长度排序，相邻的两个第二输出线1162的长度差l2和间距d2与第一偏转夹角d的关系是
其中，λ0是毫米波雷达系统发射的波束在空气中传播的波长，λg是毫米波雷达系统发射的波束在第一输出线1152中传播的波长。
具体地，以第一馈电网络115为例说明。多个第一输出线1152传输的毫米波的速度相同，波长与毫米波的频率有关。当相邻的第一输出线1152传输的毫米波的相位差为θ时，则相邻的第一输出线1152的长度差l1为：其中，λg为毫米波雷达系统发射的波束在第一输出线1152传播的波长。当相邻的第一输出线1152的相位差为θ时，第一发射天线阵列113的最大增益方向的偏转夹角，即第一偏转夹角c为：其中，λ0是毫米波雷达系统发射的波束在空气中传播的波长，d1为相邻的第一输出线1152之间的间距。由此可知，第一发射天线阵列113中第一偏转夹角c与相邻第一输出线1152的长度差之间的关系为：因此，当毫米波雷达系统设计完成后，其工作频率和多个第一输出线1152的材料均已确定，所以λ0和λg的值为定值。此时，可以通过调节相邻第一输出线1152之间的长度差调节第一发射天线阵列113的第一偏转夹角c，使得第一发射天线阵列113的最大增益方向在第一增益方向x1或第二增益方向x2。
第二馈电网络116的工作原理与第一馈电网络115的工作原理相同，此处不再赘述。第二发射天线阵列114中第二偏转夹角d与相邻第二输出线1162的长度差l2之间的关系为：其中，d2是相邻的两个第二输出线1162的间距。因此，可以通过调节相邻第二输出线1162之间的长度差l2调节第二发射天线阵列114的第二偏转夹角d，使得第二发射天线阵列114的最大增益方向在第二增益方向x2或第一增益方向x1。
在上述技术方案的基础上，第一发射天线阵列113与第二发射天线阵列114的单列天线的数量均等于或大于2。
当第一发射天线阵列113与第二发射天线阵列114的单列天线的数量均等于或大于2时，第一馈电网络115的第一输出线1152和第二馈电网络116的第二输出线1162的数量均等于或大于2，则第一馈电网络115的多个第一输出线1152和第二馈电网络116的多个第二输出线1162均可以实现长度差，从而可以调节第一发射天线阵列113和第二发射天线阵列114的最大增益方向。
在上述各实施例的基础上，雷达芯片111用于分时控制第一发射天线阵列113和第二发射天线阵列114发射信号。第一最大增益为第一发射天线阵列113的最大增益，第二最大增益为第二发射天线阵列114的最大增益。
具体地，雷达芯片111控制第一发射天线阵列113和第二发射天线阵列114分时交替的发射信号。示例性地，在一个周期内，第一阶段，第一发射天线阵列113发射信号，并在第一增益方向x1(即偏向第一方向x的第一偏转夹角c的方向)上具有最大增益，可以在第一角雷达110对应的车的侧方探测更远的距离；第二阶段，第二发射天线阵列114发射信号，并在第二增益方向x2(即偏向第一方向x的第二偏转夹角d的方向)上具有最大增益，可以在车的后方探测更远的距离。此时，第一最大增益为第一发射天线阵列113的最大增益，第二最大增益为第二发射天线阵列114的最大增益。
图7为本实用新型实施例提供的一种发射天线阵列的水平方向的增益示意图，如图7所示，示例性地，以第一方向x为0°，逆时针方向为正方向旋转。第一发射天线阵列113中与编号为1、2和3的第一输出线1152相对应的单列天线的相位分别是0°、140°和280°，相位差为140°。在图7中，横坐标是以逆时针方向为正方向偏离第一方向x的角度，纵坐标是水平方向的增益。第一发射天线阵列113的水平方向的增益曲线1131在第一方向x逆时针旋转20-30°附近有最大增益。同理，第二发射天线阵列114中与编号为4、5和6的第二输出线1162相对应的单列天线的相位分别是280°、140°和0°，相位差为-140°，第二发射天线阵列114的水平方向的增益曲线1141在第一方向x顺时针旋转20-30°附近有最大增益。
图8为本实用新型实施例提供的一种第一角雷达的水平方向的增益示意图，在一个周期内，第一阶段，第一发射天线阵列113先进行工作，探测第一角雷达110对应的车的侧方的行车环境；第二阶段，第二发射天线阵列114进行工作，探测第一角雷达110对应的车的后方的行车环境，由此可知，第一角雷达110在一个周期内既能探测第一角雷达110对应的车的侧方更远的距离，又能探测车的后方更远的距离，因此在不增加车用毫米波角雷达系统设计的复杂度的同时达到了探测车速的后方和侧方更远距离的目的，并且提高了车用毫米波角雷达系统的集成度，降低车用毫米波角雷达系统的成本。
在上述各实施例的基础上，第二角雷达120和第一角雷达110结构相同。
具体地，为了提高第二角雷达120对第二角雷达120对应的车的侧方的探测距离，可以设计第二角雷达120的结构与第一角雷达110的结构相同。从而实现对车的两侧和后方更远距离的行车环境的探测。
继续参考图2，在上述各个实施例的基础上，接收天线阵列112中相邻两列单列天线之间的距离相等或不相等。
相邻的单列天线之间的距离相等时，接收天线阵列112均匀分布；相邻的单列天线之间的距离不相等时，可以设置接收天线阵列112呈泰勒分布(单列天线的间距呈泰勒分布)。泰勒分布的接收天线阵列112传输的毫米波的副瓣比均匀分布的接收天线阵列112传输的毫米波的副瓣低，因此泰勒分布的接收天线阵列112抑制副瓣的效果更好，接收天线阵列112中相邻两列单列天线之间的距离不相等时噪声较小。
继续参考图2，在上述各个实施例的基础上，第一角雷达110还包括介质基片117；雷达芯片111固定在介质基片117的一侧表面，接收天线阵列112、第一发射天线阵列113和第二发射天线阵列114印刷在介质基片117上，并与雷达芯片111处于同一侧面。
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。