一种天线前端系统与车载雷达的制作方法

1.本技术涉及天线技术领域，特别是涉及一种天线前端系统与车载雷达。


背景技术：

2.随着我国汽车总量的迅速上升，交通安全问题也引起了政府和社会的广泛关注，车载安全预警技术随之应运而生。目前汽车防撞探测主要是采用红外、激光、摄像头、雷达等一些测量方式。其中红外、激光、摄像头等光学技术虽然价格低廉且技术简单，但这些技术普遍存在全天候工作效果不好以及探测距离短等缺点。
3.相比而言，雷达则因其所具有的稳定的探测性能以及良好的环境适应性，已逐渐成为主动防撞技术的首选。在现有技术中，常见的雷达为相控阵雷达，相控阵雷达即为相位控制电子扫描阵列雷达，虽然其能够形成较窄波束以实现较强的抗干扰能力，但是相控阵雷达的分辨率却比较低，雷达探测结果错误的风险较高。


技术实现要素：

4.本技术实施例旨在提供一种天线前端系统与车载雷达，能够提高雷达的分辨率。
5.为实现上述目的，第一方面，本技术提供一种天线前端系统，包括：
6.微波电路模块、发射天线阵列与接收天线阵列；
7.所述微波电路模块分别与所述发射天线阵列以及所述接收天线阵列连接，所述微波电路模块用于输出第一信号至所述发射天线阵列，并用于从所述接收天线阵列接收第二信号；
8.所述发射天线阵列包括至少一个发射天线子阵列，所述发射天线子阵列与所述微波电路模块连接，所述发射天线子阵列包括至少一个发射天线，所述发射天线用于从所述微波电路模块接收所述第一信号，并发射所述第一信号；
9.所述接收天线阵列包括至少一个接收天线子阵列，所述接收天线子阵列与所述微波电路模块连接，所述接收天线子阵列包括至少一个接收天线，所述接收天线用于接收所述第二信号，并传输至所述微波电路模块。
10.在一种可选的方式中，所述发射天线子阵列还包括第一功分器，所述第一功分器包括一个第一输入端与至少一个第一输出端，所述第一输出端与所述发射天线一一对应；
11.所述发射天线通过所述功分器与所述微波电路模块连接，所述第一输入端与所述微波电路模块连接，所述第一输出端与所述发射天线连接，所述功分器用于将所述第一信号分配成至少一路第一子信号，并将所述第一子信号传输至所述发射天线，其中，每一路所述第一子信号从一个所述第一输出端输出。
12.在一种可选的方式中，所述发射天线子阵列还包括至少一个第一放大器，所述第一放大器与所述发射天线一一对应；
13.所述发射天线通过所述第一放大器与所述功分器的第一输出端连接，所述第一放大器用于接收所述第一子信号，并将所述第一子信号放大后传输至所述发射天线。
14.在一种可选的方式中，所述发射天线子阵列还包括至少一个第一移相器，所述第一移相器与所述发射天线一一对应；
15.所述发射天线通过所述第一移相器与所述第一放大器连接，所述第一移相器用于接收放大后的所述第一子信号，并对放大后的所述第一子信号的相位进行调整后传输至所述发射天线上。
16.在一种可选的方式中，所述发射天线子阵列还包括第二放大器；
17.所述功分器的第一输入端通过所述第二放大器与所述微波电路模块连接，所述第二放大器用于对所述第一信号进行放大，并传输至所述功分器的第一输入端。
18.在一种可选的方式中，所述发射天线子阵列还包括至少一个第二移相器，所述第二移相器与所述发射天线一一对应；
19.所述发射天线通过所述第二移相器与所述功分器的第一输出端连接，所述第二移相器用于接收所述第一子信号，并对所述第一子信号的相位进行调整后传输至所述发射天线上。
20.在一种可选的方式中，所述接收天线子阵列还包括第二功分器，所述第二功分器包括一个第二输出端与至少一个第二输入端，所述第二输入端与所述接收天线一一对应；
21.所述接收天线通过所述第二功分器与所述微波电路模块连接，所述第二输入端与所述接收天线连接，所述第二输出端与所述微波电路模块连接，所述第二功分器用于接收所述第二信号，并将所接收到的第二信号汇合后传输至所述微波电路模块。
22.在一种可选的方式中，所述接收天线子阵列还包括至少一个第三移相器，所述第三移相器与所述第二功分器的第二输入端一一对应；
23.所述接收天线通过所述第三移相器连接至所述第二功分器，所述第三移相器用于对所述第二信号的相位进行调整后传输至所述第二功分器的第二输入端。
24.在一种可选的方式中，所述接收天线子阵列还包括至少一个低噪音放大器，所述低噪音放大器与所述接收天线一一对应；
25.所述接收天线通过所述低噪音放大器与所述第三移相器连接，所述低噪音放大器用于对所述第二信号进行放大后传输至所述第三移相器。
26.在一种可选的方式中，所述微波电路模块包括单片微波集成电路，所述单片微波集成电路包括至少一个高频发射端口与至少一个高频接收端口；
27.所述高频发射端口与所述发射天线子阵列连接，所述高频发射端口用于发射所述第一信号；
28.所述高频接收端口与所述接收天线子阵列连接，所述高频接收端口用于接收所述第二信号。
29.第二方面，本技术实施例提供一种车载雷达，包括如上所述的天线前端系统。
30.本技术实施例的有益效果是：本技术提供的天线前端系统包括微波电路模块、发射天线阵列与接收天线阵列，其中，微波电路模块分别与发射天线阵列以及接收天线阵列连接，微波电路模块用于输出第一信号至发射天线阵列，并用于从接收天线阵列接收第二信号，发射天线阵列包括至少一个发射天线子阵列，发射天线子阵列与微波电路模块连接，发射天线子阵列包括至少一个发射天线，发射天线用于从微波电路模块接收第一信号，并发射第一信号，接收天线阵列包括至少一个接收天线子阵列，接收天线子阵列与微波电路
模块连接，接收天线子阵列包括至少一个接收天线，接收天线用于接收第二信号，并传输至微波电路模块，因此，通过在天线前端系统设置了多个发射子阵列与多个接收子阵列，且在每个发射子阵列中设置有多个发射天线，在每个接收子阵列中设置有多个接收天线，那么当该天线前端系统应用于雷达时，则能够提高雷达在密集目标环境下分辨多目标的能力，亦即，能够提高雷达的分辨率。
附图说明
31.一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
32.图1为本技术实施例提供的天线前端系统的结构示意图；
33.图2为本技术实施例提供的接收天线子阵列与发射天线子阵列以及微波电路模块连接的结构示意图；
34.图3为本技术实施例提供的发射天线子阵列的结构示意图；
35.图4为本技术实施例提供的现有技术中的雷达与本技术所提供的雷达的覆盖范围的示意图；
36.图5为本技术另一实施例提供的发射天线子阵列的结构示意图；
37.图6为本技术实施例提供的接收天线子阵列的结构示意图；
38.图7为本技术另一实施例提供的天线前端系统的结构示意图。
具体实施方式
39.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
40.请参照图1，图1为本技术实施例提供的天线前端系统的结构示意图。如图1所示，天线前端系统包括微波电路模块10、发射天线阵列20与接收天线阵列30。其中，微波电路模块10分别与发射天线阵列20以及接收天线阵列30连接，微波电路模块10用于输出第一信号至发射天线阵列20，并用于从接收天线阵列30接收第二信号。
41.具体地，发射天线阵列20包括至少一个发射天线子阵列，发射天线子阵列与微波电路模块10连接。即发射天线阵列20包括发射天线子阵列a1、发射天线子阵列a2
…
发射天线子阵列an，其中，n为大于0的正整数。发射天线子阵列a1、发射天线子阵列a2
…
发射天线子阵列an均与微波电路模块10连接。
42.其中，每一个发射天线子阵列还包括至少一个发射天线。以发射天线子阵列a1为例进行说明，请结合图1参照图2。如图2所示，发射天线子阵列a1包括发射天线a11、发射天线a12
…
发射天线a1j，其中，j为大于0的正整数。每个发射天线用于从微波电路模块中接收第一信号，并将该第一信号进行发射，当所发射的第一信号碰到障碍物时，就会产生反射信号，通过对发射信号进行接收并分析，即能够实现对探测物体的功能。
43.请再次参阅图1，接收天线阵列30包括至少一个接收天线子阵列，且，每一个接收
天线子阵列均与微波电路模块10连接。即接收天线阵列30包括接收天线子阵列b1、接收天线子阵列b2
…
接收天线子阵列bm，其中，m为大于0的正整数。接收天线子阵列b1、接收天线子阵列b2
…
接收天线子阵列bm均与微波电路模块10连接。
44.其中，每一个接收天线子阵列还包括至少一个接收天线。以接收天线子阵列b1为例进行说明，请结合图1参照图2。如图2所示，接收天线子阵列b1包括接收天线b11、接收天线b12
…
接收天线b1k，其中，k为大于0的正整数。每个接收天线用于接收第二信号，并将所接收到的第二信号传输至微波电路模块10，第二信号为各发射天线发射第一信号在碰到障碍物后所产生的反射信号，继而，微波电路模块10能够根据所接收到的第二信号，探测是否有障碍物存在以及判断是否会与障碍物发射碰撞等。
45.需要说明的是，在上述实施例中，发射天线子阵列与接收天线子阵列的数量可以相同，也可以不同，且发射天线与接收天线的数量可以相同，也可以不同，这里不作限制。
46.综上，在本技术的实施例中，在天线前端系统设置了多个发射子阵列与多个接收子阵列，且在每个发射子阵列中设置有多个发射天线，在每个接收子阵列中设置有多个接收天线。那么当该天线前端系统应用于雷达时，则能够提高雷达在密集目标环境下分辨多目标的能力，即雷达具有较高的角度分辨率。并且，随着发射子阵列与接收子阵列的数量增加或随着发射天线与接收天线的数量增加，该天线前端系统的角度分辨率也会提高。
47.在一实施例中，如图3所示，图3为本技术实施例提供的发射天线子阵列的结构示意图。其中，以发射天线子阵列a1为例，发射天线子阵列a1还包括第一功分器a21，其中，第一功分器a21包括一个第一输入端与至少一个第一输出端，即第一功分器a21包括第一输入端a210，以及第一输出端a211、第一输出端a212
…
第一输出端a21j。可见，第一输出端与发射天线一一对应，即第一输出端的数量与发射天线的数量相同。
48.具体地，每一个发射天线均通过第一功分器与微波电路模块10连接，其中，第一功分器a21的第一输入端a210与微波电路模块10连接，第一功分器a21的第一输出端与对应的发射天线连接，例如，第一输出端a211与发射天线a11连接，第一输出端a212与发射天线a12连接
…
第一输出端a21j与发射天线a1j连接。
49.功分器全称功率分配器，是一种将一路输入信号的能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件，也可反过来将多路信号的能量合成一路能量输出，此时可也称为合路器。因此，在实际应用中，第一功分器a21用于将微波电路模块10所输出的第一信号分配成至少一路第一子信号，并将第一子信号传输至发射天线，其中，每一路第一子信号从一个第一输出端输出。亦即，第一功分器a21的第一输入端a210从微波电路模块10获取到第一信号，并将第一信号分配成j个第一子信号，每一个第一子信号从对应的第一输出端输出至发射天线上，例如，第一个第一子信号从第一输出端a211输出至发射天线a11上，并通过发射天线a11发射。
50.可选地，发射天线子阵列a1还包括至少一个第一放大器，即发射天线子阵列a1包括第一放大器a31、第一放大器a32
…
第一放大器a3j，可见，第一放大器与发射天线一一对应，即第一放大器与发射天线的数量相同。
51.其中，每一个发射天线均通过对应的第一放大器与对应的第一功分器的第一输出端连接。例如，发射天线a11通过第一放大器a31与第一输出端a211连接，发射天线a12通过第一放大器a32与第一输出端a212连接
…
发射天线a1j通过第一放大器a3j与第一输出端
a21j连接。
52.具体地，放大器是能把输入讯号的电压或功率放大的装置，也就是增加信号幅度或功率的装置。因此，第一放大器用于接收第一输出端上的第一子信号，并将第一子信号放大后输出至发射天线，例如，第一放大器a31从第一输出端a211获取到第一个第一子信号，将该第一子信号放大后再传输至发射天线a11，又如，第一放大器a32从第一输出端a212获取到第二个第一子信号，将该第一子信号放大后再传输至发射天线a12。
53.进一步地，发射天线子阵列a1还包括至少一个第一移相器，即发射天线还包括第一移相器a41、第一移相器a42
…
第一移相器a4n，则第一移相器与发射天线一一对应，换言之，第一移相器的数量与发射天线的数量相同。
54.其中，每一个发射天线通过对应的第一移相器与对应的第一放大器连接。即发射天线a11通过第一移相器a41与第一放大器a31连接，发射天线a12通过第一移相器a42与第一放大器a32连接
…
发射天线a1j通过第一移相器a4j与第一放大器a3j连接。
55.具体地，移相器的作用是将信号的相位移动一个角度。因此，第一移相器可用于接收经过第一放大器放大后的第一子信号，并对该第一子信号的相位进行调整，即将该第一子信号的相位移动一个预设的角度，最后，再将经过相位调整的第一子信号传输至发射天线上。则，通过不同的第一移相器对不同的第一子信号的相位移动的角度不同，能够使发射天线发射出不同指向的波束，进而使天线前端系统能够具有更广的覆盖范围。例如，经过第一放大器a31后输出的第一子信号，经过第一移相器a41后对该第一子信号的相位调整的角度为a度，则经过发射天线a11所发射出的波束为波束l11，同时，经过第一放大器a3j后输出的第一子信号，经过第一移相器a4j后对该第一子信号的相位调整的角度为b度，则经过发射天线a1j所发射出的波束为波束l1j。可见，最终所发射的波束为波束l11
…
波束l1n,当波束l11
…
波束l1n的指向均不同时，就能够覆盖到不同的区域，从而具有更大的覆盖范围，并且，随着波束数量的增加，覆盖的范围更广。
56.综上所述，如图3所示的发射天线子阵列中分别包括第一功分器、第一放大器、第一移相器与发射天线，其中，第一功分器对微波电源模块10所输出端第一信号分配成j个第一子信号，并将每个第一子信号经过对应的第一放大器进行放大，经过放大后的第一子信号再通过第一移相器对其相位进行调整，从而最终能够通过发射天线输出不同指向的波束。可见，一方面，通过设置第一移相器对信号相位调整的角度，能够使输出的波束灵活可控，从而具有较强的抗干扰能力。另一方面，可输出不同指向的波束，从而具有较大的覆盖范围。
57.众所周知，在现有技术中的车载毫米波雷达中，通常是采用发射单个宽波束的方式，例如mimo雷达架构，该种方式的会使车载毫米波雷达所能够覆盖到的范围较小，而当本技术中的天线前端系统应用于车载毫米波雷达时，则能够增大车载毫米波雷达的覆盖范围，在实际应用中如现有技术的范围如r2所示，本技术的技术方案则能够得到如r1所示的范围，而r1所示的范围大于r2所示的范围，可见，采用本技术所提供的天线前端系统能够较大的提高雷达的覆盖范围。
58.需要说明的是，如图3所示的发射天线子阵列的硬件结构仅是一个示例，并且，发射天线子阵列可以具有比图中所示出的更多的或者更少的部件，可以组合两个或更多的部件，或者可以具有不同的部件配置，图中所示出的各种部件可以在包括一个或多个信号处
理和/或专用集成电路在内的硬件、软件、或硬件和软件的组合中实现。
59.例如，如图5所示，图5为本技术另一实施例提供的发射天线子阵列的结构示意图。图5中的发射天线子阵列与图3中的发射天线子阵列的相同之处在于均包括发射天线a11、发射天线a12
…
发射天线a1j，以及第一功分器a21。不同之处在于，图5中的发射天线子阵列还包括第二放大器a51。
60.其中，第一功分器a21的第一输入端a210通过第二放大器a51与微波电路模块10连接，第二放大器a51用于对第一信号进行放大，并传输至第一功分器a21的第一输入端a210。也就是说，此时是先将从微波电路模块10所输出的第一信号进行放大，再经过第一功分器a21进行分配成j个第一子信号。
61.进而，在一实施例中，发射天线子阵列还包括至少一个第二移相器，即发射天线子阵列a1包括第二移相器a61、第二移相器a62
…
第二移相器a6j，可见，第二移相器与发射天线一一对应，即第二移相器与发射天线的数量相同。
62.具体地，每一个发射天线通过对应的第二移相器与对应的功分器的第一输出端连接。即发射天线a11通过第二移相器a61与第一功分器a21的第一输出端a211连接，发射天线a12通过第二移相器a62与第一功分器a21的第一输出端a212连接
…
发射天线a1j通过第二移相器a6j与第一功分器a21的第一输出端a21j连接。
63.第二移相器与第一移相器的功能类似，即第二移相器用于接收第一子信号，并对第一子信号的相位进行调整后传输至发射天线上。例如，第二移相器a61从第一功分器a21的第一输出端a211接收到第一子信号，然后对第一子信号的相位调整预设的角度后，传输至发射天线a11上，并通过发射天线a11进行发射。
64.应理解，图5所示的发射天线子阵列同样能够实现输出不同指向的波束，所以也具有较大的覆盖范围，同时，通过设置第二移相器对信号相位调整的角度，能够使输出的波束灵活可控，从而也具有较强的抗干扰能力。
65.在另一实施例中，如图6所示，图6为本技术实施例提供的接收天线子阵列的结构示意图。其中，以接收天线子阵列b1为例，接收天线子阵列b1包括第二功分器b21，其中，第二功分器包括第一第二输出端与至少一个第二输入端，即第二功分器b21包括第二输出端b210，以及第二输入端b211、第二输入端b212
…
第二输入端b21k。所以，第二输入端与接收天线一一对应，即第二输入端的数量与接收天线的数量相同。
66.具体地，每一个接收天线均通过第二功分器与微波电路模块连接，其中，每一个第二输入端与对应的接收天线连接，第一输出端与微波电路模块10连接，即第二输入端b211与接收天线b11连接，第二输入端b212与接收天线b12连接
…
第二输入端b21k与接收天线b1k连接，第一输出端b210与微波电路模块10连接。
67.第二功分器b21所采用的功能是将多路信号的能量合成一路能量输出。因此，第二功分器b21用于从接收天线上获取到第二信号，并将所接收到的第二信号汇合后传输至微波电路模块10上。具体地，第二输入端b211从接收天线b11获取到第一个第二信号，第二输入端b212从接收天线b12获取到第二个第二信号
…
第二输入端b21k从接收天线b1k获取到第k个第二信号，并将所获取到的各第二信号汇合后从第二功分器b21的第二输出端b210输出至微波电路模块10。
68.可选地，接收天线子阵列还包括至少一个第三移相器，即接收天线子阵列b1包括
第三移相器b21、第三移相器b22
…
第三移相器b2k，则第三移相器与第二功分器的第二输入端一一对应，即第三移相器的数量与第二功分器的第二输入端的数量相同。
69.其中，每一个接收天线均通过对应的第三移相器连接至第二功分器，即接收天线b11通过第三移相器b31连接至第二功分器b21的第二输入端b211，接收天线b12通过第三移相器b32连接至第二功分器b21的第二输入端b212
…
接收天线b1k通过第三移相器b3k连接至第二功分器b21的第二输入端b21k。
70.第三移相器的功能与第二移相器以及第一移相器类似，这里不再赘述。第三移相器用于接收接收天线所传输的第二信号，并对该第二信号的相位进行调整，即对该第二信号的相位移动预设的角度之后，再传输至第二功分器b21的第二输入端。同样地，不同的第三移相器可设置对对应的第二信号的相位所移动的角度不同，从而能够对所接收到的第二信号进行相位调整，以使第二功分器b21能够更好对所收到的不同的第二信号进行汇合而不互相产生干扰，可保证天线前端系统较为稳定的运行，并且，微波电路模块10所接收到的信号也更加稳定。
71.进一步地，接收天线子阵列b1还包括至少一个低噪音放大器，即接收天线子阵列还包括低噪音放大器b41、低噪音放大器b42
…
低噪音放大器b4k。其中，低噪音放大器与接收天线一一对应，即低噪音放大器的数量与接收天线的数量相同。
72.具体地，每一个接收天线通过对应的低噪音放大器与第三移相器连接，即接收天线b11通过低噪音放大器b41与第三移相器b31连接，接收天线b12通过低噪音放大器b42与第三移相器b32连接
…
接收天线b1k通过低噪音放大器b4k与第三移相器b3k连接。
73.低噪声放大器是指噪声系数很低的放大器。低噪声放大器一般用作各类无线电接收机的高频或中频前置放大器，以及高灵敏度电子探测设备的放大电路。在放大微弱信号的场合，由于放大器自身的噪声对信号的干扰可能很严重，因此希望减小这种噪声，以提高输出的信噪比，则可使用低噪声放大器。因此，低噪声放大器用于对第二信号进行放大，并将放大后的第二信号传输至第三移相器，即低噪声放大器b41用于对接收天线b11所接收到第二信号进行放大，低噪声放大器b42用于对接收天线b12所接收到第二信号进行放大
…
低噪声放大器b4k用于对接收天线b1k所接收到第二信号进行放大。由于低噪声放大器自身的噪声较低，则输出的信噪比较高，从而能够使微波电路模块10接收到更有效的信号，则检测的结果更加准确。
74.在一种实施方式中，微波电路模块包括单片微波集成电路，其中，单片微波集成电路(monolithic microwave integrated circuit，mmic)，有时也称射频集成电路(rfic)，它是随着半导体制造技术的发展，特别是离子掺入控制水平的提高和晶体管自我排列工艺的成熟而出现的一类高频放大器件，并广泛应用于通信和gps等各类设备的射频、中频和本振电路。
75.因此，在本技术的所有实施例(包括图1、图2、图3、图5或图6中所示的实施例)中，微波电路模块均可包括单片微波集成电路。以图1所述的天线前端系统为例，如图7所示。微波电路模块10包括单片微波集成电路11，其中，单片微波集成电路11包括至少一个高频发射端口与至少一个高频接收端口，即单片微波集成电路11包括高频发射端口out1、高频发射端口out2
…
高频发射端口outn，以及包括高频接收端口in1、高频接收端口in2
…
高频接收端口inn。
76.具体地，每一个高频发射端口与对应的发射天线子阵列连接，单片机微波集成电路11通过每一个高频发射端口发射第一信号，即单片机微波集成电路11通过高频发射端口out1发射第一信号至发射天线子阵列a1，单片机微波集成电路11通过高频发射端口out2发射第一信号至发射天线子阵列a2
…
单片机微波集成电路11通过高频发射端口out2发射第一信号至发射天线子阵列an。
77.每一个高频接收端口与对应的接收天线子阵列连接，单片机微波集成电路11通过每一个接收发射端口接收第二信号，即单片机微波集成电路11通过高频接收端口in1从接收天线子阵列b1接收第二信号，单片机微波集成电路11通过高频接收端口in2从接收天线子阵列b2接收第二信号
…
单片机微波集成电路11通过高频接收端口inm从接收天线子阵列bm接收第二信号。
78.本技术实施例还提供一种车载雷达，包括如上述任一实施例中的天线前端系统。
79.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；在本技术的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本技术的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围。