一种毫米波雷达天线方向图的测量环境装置和测量系统的制作方法

1.本发明涉及毫米波雷达技术领域，尤其涉及一种毫米波雷达天线方向图的测量环境装置和测量系统。


背景技术：

2.目前，汽车安全配置关系到汽车的安全驾驶性能，已经成为客户选购汽车的一项重要参考指标。
3.而随着汽车技术的发展，汽车将车载毫米波雷达作为安全驾驶组件配置到汽车上，车载毫米波雷达是否能准确地工作，直接影响到汽车的安全驾驶。
4.为了增加雷达威力和角度分辨率，mimo(multiple input multiple output，多输入多输出系统)雷达成为现今车载毫米波雷达的主要形式。mimo天线是mimo雷达的关键部件，其方向图直接影响雷达探测性能。因此，准确测量mimo毫米波雷达天线方向图具有十分重要的现实意义。
5.常规技术中，测量mimo天线中某一通道天线时，其他通道天线一般需要接匹配负载。对于毫米波mimo雷达常用的微带天线，现有常规匹配负载是采用笨重昂贵且尺寸较大的波导负载，但是，由于毫米波微带天线的尺寸是比较小，采用尺寸较大的波导负载作为微带天线的匹配负载，这就导致测量环境装置的设计复杂，整体尺寸较大，且采用波导作为匹配负载时会将吸收的功率转化为热耗散掉，导致无法准确地测量mimo毫米波雷达天线的主极化方向图。


技术实现要素：

6.本发明实施例旨在提供一种毫米波雷达天线方向图的测量环境装置和测量系统，旨在解决目前采用尺寸较大的波导负载作为微带天线的匹配负载导致测量环境装置设计复杂，整体尺寸较大，且无法准确地测量mimo毫米波雷达天线的主极化方向图的问题。
7.为解决上述技术问题，本发明第一方面的实施例提供以下技术方案：一种毫米波雷达天线方向图的测量环境装置，所述测量环境装置包括：待测天线、若干环境天线模块和若干微带天线，其中：
8.一个所述环境天线模块与对应一个所述微带天线连接，所述微带天线作为所述环境天线模块的匹配负载；
9.若干所述环境天线模块和若干微带天线形成测量通道，通过所述微带天线作为匹配负载吸收所述待测天线向外发射的功率，并将吸收的功率转化为交叉极化的辐射功率。
10.可选地，所述环境天线模块包括第一天线主体和第一天线端口，所述第一天线端口设置在所述第一天线主体上；所述第一天线主体包括若干个第一天线单元。
11.可选地，所述微带天线与所述第一天线端口连接，所述微带天线的极化方式与所述第一天线主体的极化方式正交。
12.可选地，所述待测天线包括第二天线主体和第二天线端口，所述第二天线端口设
置在所述第一天线主体上，所述第二天线主体包括若干个第二天线单元。
13.可选地，所述第一天线主体为梳状线阵，所述第一天线单元为梳状。
14.可选地，所述第二天线主体为梳状线阵，所述第二天线单元为梳状。
15.可选地，所述第一天线主体为蛇形线线阵，所述第一天线单元为蛇形线。
16.可选地，所述第二天线主体为蛇形线线阵，所述第二天线单元为蛇形线。
17.可选地，所述第一天线主体为穿心串馈阵线阵，所述第一天线单元为穿心串馈阵；所述第二天线单元为穿心串馈阵。
18.本发明第二方面的实施例提供以下技术方案：一种毫米波mimo毫米波雷达天线方向图的测量系统，所述测量系统包括：上述第一方面实施例所述的测量环境装置、电控转台、矢量网络分析仪、安装有测量系统软件的微机和发射喇叭天线；其中：
19.所述测量环境装置，用于形成测量通道，并吸收待测天线向外发射的功率，并将吸收的功率转化为交叉极化的辐射功率；
20.所述电控转台，用于固定所述测量环境装置中的待测天线并控制其角度；
21.所述发射喇叭天线包括发射天线端口，用于发射测试数据；
22.所述矢量网络分析仪包括第一端口和第二端口，所述第一端口连接至所述发射天线端口，所述第二端口连接至所述待测天线的第二天线端口，用于根据所述发射喇叭天线发射的测试数据在所述测量环境装置形成测量通道采集所述待测天线的方向图数据；
23.所述微机通过通信线缆与所述矢量网络分析仪和所述电控转台进行电性连接，用于通过同步控制所述电控转台和所述矢量网络分析仪完成采集所述待测天线的方向图数据并完成数据处理，输出所述待测天线的主极化方向图。
24.与现有技术相比较，本发明实施例提供的一种毫米波雷达天线方向图的测量环境装置和测量系统，通过测量环境装置包括待测天线、若干环境天线模块和若干微带天线，其中，一个所述环境天线模块与对应一个所述微带天线连接，所述微带天线作为所述环境天线模块的匹配负载，若干所述环境天线模块和若干微带天线形成测量通道，通过所述微带天线作为匹配负载吸收所述待测天线向外发射的功率，并将吸收的功率转化为交叉极化的辐射功率。从而通过微带天线作为匹配负载可以吸收待测天线发射的功率，将吸收的功率转化为交叉极化的辐射功率，能够模拟mimo毫米波雷达天线的测量环境，以使可以准确地测量mimo毫米波雷达天线的主极化方向图；并且能够实现以微带天线作为匹配负载与所述环境天线的集成，结构紧凑，大幅降低所述测量环境装置的复杂度，从而解决目前采用尺寸较大的波导负载作为微带天线的匹配负载导致测量环境装置设计复杂，整体尺寸较大，且无法准确地测量mimo毫米波雷达天线的主极化方向图的问题。
附图说明
25.一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。
26.图1是本发明提供的一种毫米波mimo毫米波雷达天线方向图的测量环境装置的结构示意图；
27.图2是本发明提供的一种毫米波mimo毫米波雷达天线方向图的测量环境装置中天
线主体的第一种结构示意图；
28.图3是本发明提供的一种毫米波mimo毫米波雷达天线方向图的测量环境装置中微带天线作为匹配负载时反射系数的仿真结果图；
29.图4是本发明提供的一种毫米波mimo毫米波雷达天线方向图的测量环境装置中天线主体的第二种结构示意图；
30.图5是本发明提供的一种毫米波mimo毫米波雷达天线方向图的测量环境装置中天线主体的第三种结构示意图；
31.图6是本发明提供的一种毫米波mimo毫米波雷达天线方向图的测量系统的结构示意图；
32.图7是本发明提供的一种毫米波mimo毫米波雷达天线方向图的测量系统测得的e面主极化方向图和真实方向图重合度的对比图；
33.图8是本发明提供的一种毫米波mimo毫米波雷达天线方向图的测量系统测得的h面主极化方向图和真实方向图重合度的对比图。
具体实施方式
34.为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“上”、“下”、“内”、“外”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
35.除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
36.此外，下面所描述的本发明不同实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
37.在一个实施例中，如图1所示，本发明提供一种毫米波雷达天线方向图的测量环境装置，所述测量环境装置1包括：待测天线13、若干环境天线模块11和若干微带天线12，其中：
38.一个所述环境天线模块11与对应一个所述微带天线12连接，所述微带天线12作为所述环境天线模块11的匹配负载；
39.若干所述环境天线模块11和若干微带天线12形成测量通道，通过所述微带天线12作为匹配负载吸收所述待测天线13向外发射的功率，并将吸收的功率转化为交叉极化的辐射功率。
40.在本实施例中，通过测量环境装置包括待测天线、若干环境天线模块和若干微带天线，其中，一个所述环境天线模块与对应一个所述微带天线连接，所述微带天线作为所述
环境天线模块的匹配负载，若干所述环境天线模块和若干微带天线形成测量通道，通过所述微带天线作为匹配负载吸收所述待测天线向外发射的功率，并将吸收的功率转化为交叉极化的辐射功率。从而通过微带天线作为匹配负载可以吸收待测天线发射的功率，将吸收的功率转化为交叉极化的辐射功率，能够模拟mimo毫米波雷达天线的测量环境，以使可以准确地测量mimo毫米波雷达天线的主极化方向图；并且能够实现以微带天线作为匹配负载与所述环境天线的集成，结构紧凑，大幅降低所述测量环境装置的复杂度，从而解决目前采用尺寸较大的波导负载作为微带天线的匹配负载导致测量环境装置设计复杂，整体尺寸较大，且无法准确地测量mimo毫米波雷达天线的主极化方向图的问题。
41.在本发明中，在mimo毫米波雷达天线中，所述mimo毫米波雷达天线包括若干天线模块。在测量其中一个天线模块的主极化方向图时，会将该天线模块称为待测天线，剩余天线模块称为环境天线模块，利用环境天线模块形成测量通道，测量所述待测天线的主极化方向图。
42.在一个实施例中，如图1和图2所示，所述环境天线模块11包括第一天线主体111和第一天线端口112，所述第一天线端口112设置在所述第一天线主体111上；所述第一天线主体111包括若干个第一天线单元1111，若干个所述第一天线单元1111组成线阵，使所述第一天线主体111为线阵。
43.所述微带天线12与所述第一天线端口112连接，所述微带天线12的极化方式与所述第一天线主体111的极化方式正交。
44.对应地，如图1和图2所示，所述待测天线13也包括第二天线主体131和第二天线端口132，所述第二天线端口132设置在所述第一天线主体131上，所述第一天线主体131的极化方向为线极化或者圆极化中的一种。所述第二天线主体131包括若干个第二天线单元1311，若干个所述第二天线单元1311组成线阵，使所述第二天线主体131为线阵。
45.所述第二天线主体131的结构形状与所述第一天线主体111的结构形状相同，所述第二天线单元1311的结构形状与所述第二天线单元1111的结构形状相同。
46.第一实施例
47.在一个实施例中，如图2所示，所述第一天线主体111为梳状线阵，所述第一天线单元1111为梳状，若干个第一梳状天线单元1111组成第一天线主体。所述第一天线主体111和所述第一天线端口112构成环境天线模块11；若干个环境天线模块11和若干个所述微带天线12形成测量通道。
48.对应地，所述待测天线的第二天线主体131也为梳状线阵，所述第二天线主体131包括若干个梳状第二天线单元1311，若干个梳状第二天线单元1311组成第二天线主体。
49.具体地，在图2中，以3个环境天线模块11和一个待测天线12为例进行说明。
50.图2中，所述毫米波雷达天线方向图的测量环境装置1包括3个环境天线模块11、3个微带天线12和1个待测天线13；每个环境天线模块11的第一天线主体111为梳状线阵，所述第一天线主体111包括8个梳状第一天线单元1111。
51.所述环境天线模块11的所述第一天线主体111通过第一天线端口112外接所述微带天线12，所述微带天线12作为所述环境天线模块11的匹配负载。优选地，所述微带天线12的匹配电阻值为50欧姆。
52.所述环境天线模块11的梳状线阵的第一天线主体111的主极化方式为水平极化，
所述微带天线12的极化方式为垂直极化且正交于水平极化，使所述第一天线主体111与所述微带天线12形成梳状线阵的交叉极化。
53.对应地，所述待测天线13包括第二天线主体131和第二天线端口132，所述第二天线主体131也为梳状线阵，所述第二天线主体31包括若干个梳状第二天线单元1311，若干个梳状第二天线单元1311组成梳状线阵。
54.具体地，在本实施例中，所述环境天线模块11和待测天线13的介质基板为rogers ro3003g2，介质基板的厚度0.127mm，覆铜厚度为0.5oz；梳状线阵间距为1.95mm，梳状第一天线单元1111和第二天线单元1311为辐射贴片，辐射贴片间距为1.33mm，辐射贴片长度为1.21mm；主馈线特性阻抗为50欧姆，宽度为0.3mm；微带天线12的结构尺寸：长度1.125mm，宽度1.06mm，馈电槽长度0.412mm，馈电槽宽度0.63mm。
55.根据上述的参数，对所述微带天线12的反射系数进行仿真，仿真结果如图3所示。图3中，横坐标freq表示频率，纵坐标gamma表示反射系数。
56.根据图3的仿真结果所示，微带天线12的反射系数的仿真结果表明微带天线12的输入阻抗在76.5ghz约为50欧姆。
57.在本实施例中，由于若干个环境天线模块和若干个所述微带天线形成梳状线阵测量通道，所述微带天线作为所述环境天线模块的匹配负载，对应地所述待测天线的天线主体也为梳状线阵，所以，将微带天线作为匹配负载可以吸收待测天线向外发射的功率，并将吸收的功率转化为交叉极化的辐射功率，而不会如目前的常规技术中采用波导作为匹配负载时将吸收的功率转化为热耗散掉，因而不会使待测天线的主极化方向图受到影响，可以模拟mimo毫米波雷达天线的测量环境，以使可以准确地测量mimo毫米波雷达天线的主极化方向图。
58.第二实施例
59.在一个实施例中，如图4所示，在第二实施例的技术方案和第一实施例的技术方案基本相同，不同之处在于，所述第二实施例中，所述第一天线主体111为蛇形线线阵，所述第一天线单元1111为蛇形线，若干个蛇形线第一天线单元1111组成第一天线主体。所述第一天线主体111和所述第二天线端口112构成环境天线模块11；若干个环境天线模块11和若干个所述微带天线12形成测量通道。
60.对应地，所述待测天线13的第二天线主体131也为蛇形线线阵，所述第二天线主体131包括若干个蛇形线第二天线单元1311，若干个蛇形线第二天线单元1311组成第二天线主体131。
61.第三实施例
62.在一个实施例中，如图5所示，在第三实施例的技术方案和第一实施例的技术方案基本相同，不同之处在于，所述第三实施例中，所述第一天线主体111为穿心串馈阵线阵，所述第一天线单元1111为穿心串馈阵，若干个穿心串馈阵第一天线单元1111组成第一天线主体。所述第一天线主体111和所述第一天线端口112构成环境天线模块11；若干个环境天线模块11和若干个所述微带天线12形成测量通道。
63.对应地，所述待测天线13的第二天线主体131也为穿心串馈阵线阵，所述第二天线主体131包括若干个穿心串馈阵第二天线单元1311，若干个穿心串馈阵第二天线单元1311组成第二天线主体。
64.基于同一构思，在一个实施例中，如图6所示，本发明提供一种毫米波mimo毫米波雷达天线方向图的测量系统，所述测量系统包括：上述任一实施例所述的测量环境装置1、电控转台2、矢量网络分析仪3、安装有测量系统软件的微机4和发射喇叭天线5；其中：
65.所述测量环境装置1，用于形成测量通道，并吸收待测天线13向外发射的功率，并将吸收的功率转化为交叉极化的辐射功率；
66.所述电控转台2，用于固定所述测量环境装置1中的待测天线13并控制其角度；
67.所述发射喇叭天线5包括发射天线端口51，用于发射测试数据；
68.所述矢量网络分析仪3包括第一端口31和第二端口32，所述第一端口31连接至所述发射喇叭天线5的所述发射天线端口51，所述第二端口32连接至所述测量环境装置1的待测天线13的第二天线端口132，用于根据所述发射喇叭天线5发射的测试数据在所述测量环境装置1形成测量通道采集所述待测天线13的方向图数据；
69.所述微机4通过通信线缆与所述矢量网络分析仪3和所述电控转台2进行电性连接，用于通过同步控制所述电控转台2和所述矢量网络分析仪3完成采集所述待测天线13的方向图数据并完成数据处理，输出所述待测天线13的主极化方向图。
70.其中，所述测量环境装置1包括：待测天线13、若干环境天线模块11和若干微带天线12，其中：
71.一个所述环境天线模块11与对应一个所述微带天线12连接，所述微带天线12作为所述环境天线模块11的匹配负载；
72.若干所述环境天线模块11和若干微带天线12形成测量通道，通过所述微带天线12作为匹配负载吸收所述待测天线13向外发射的功率，并将吸收的功率转化为交叉极化的辐射功率。
73.进一步地，所述环境天线模块11包括第一天线主体111和第一天线端口112，所述第一天线端口112设置在所述第一天线主体111上；所述第一天线主体111包括若干个第一天线单元1111，若干个所述第一天线单元1111组成线阵，使所述第一天线主体111为线阵。
74.所述微带天线12与所述第一天线端口112连接，所述微带天线12的极化方式与所述第一天线主体111的极化方式正交。
75.所述待测天线13也包括第二天线主体131和第二天线端口132，所述第二天线端口132设置在所述第一天线主体131上，所述第一天线主体131的极化方向为线极化或者圆极化中的一种。所述第二天线主体131包括若干个第二天线单元1311，若干个所述第二天线单元1311组成线阵，使所述第二天线主体131为线阵。
76.所述第二天线主体131的结构形状与所述第一天线主体111的结构形状相同，所述第二天线单元1311的结构形状与所述第二天线单元1111的结构形状相同。
77.本实施例提供的一种毫米波mimo毫米波雷达天线方向图的测量系统在测量通道中测量待测天线的主极化方向图，方法如下：
78.安装待测天线13，调整所述待测天线13位置对准发射喇叭天线5，并使所述待测天线与所述发射喇叭天线5的极化方式相同；
79.在测量系统软件中设置好测试频率、测试角度范围、角度步进等参数，启动测量系统软件；
80.所述微机4的测量系统软件控制所述电控转台2按步进转动所述待测天线13的角
度并同步记录所述矢量网络分析仪3中s21参数和当前所述电控转台2的天线角度数据，直到完成预设角度范围的天线角度数据的采集；
81.所述测量系统软件对天线角度数据和s21参数进行处理并绘制所述待测天线13的主极化方向图，即可在所述测量通道中测量所述待测天线13的主极化方向图。
82.具体地，在本实施例中，所述环境天线模块11和待测天线13的介质基板为rogers ro3003g2，介质基板的厚度0.127mm，覆铜厚度为0.5oz；梳状线阵间距为1.95mm，梳状第一天线单元1111和第二天线单元1311为辐射贴片，辐射贴片间距为1.33mm，辐射贴片长度为1.21mm；主馈线特性阻抗为50欧姆，宽度为0.3mm；微带天线12的结构尺寸：长度1.125mm，宽度1.06mm，馈电槽长度0.412mm，馈电槽宽度0.63mm。
83.根据上述的参数，对所述测量系统在e面主极化方向图和真实方向图重合度进行仿真，仿真结果如图7所示。图7中，横坐标theta表示角度，纵坐标gain表示归一化后的增益db。
84.根据图7的仿真结果所示，所述测量系统测得的e面主极化方向图和真实方向图重合度很高。
85.根据上述的参数，对所述测量系统在h面主极化方向图和真实方向图重合度进行仿真，仿真结果如图8所示。图8中，横坐标theta表示角度，纵坐标gain表示归一化后的增益db。
86.根据图8的仿真结果所示，所述测量系统测得的h面主极化方向图和真实方向图重合度很高，主波束重合，第一副瓣误差小于0.5db。
87.在本实施例中，通过提供一种毫米波mimo毫米波雷达天线方向图的测量系统，所述测量系统包括测量环境装置，所述测量环境装置包括待测天线、若干环境天线模块和若干微带天线，所述微带天线作为所述环境天线模块的匹配负载，若干所述环境天线模块和若干微带天线形成测量通道，通过所述微带天线作为匹配负载吸收所述待测天线向外发射的功率，并将吸收的功率转化为交叉极化的辐射功率。从而通过微带天线作为匹配负载可以吸收待测天线发射的功率，将吸收的功率转化为交叉极化的辐射功率，能够模拟mimo毫米波雷达天线的测量环境，以使可以准确地测量mimo毫米波雷达天线的主极化方向图；并且能够实现以微带天线作为匹配负载与所述环境天线的集成，结构紧凑，大幅降低所述测量环境装置的复杂度，从而解决目前采用尺寸较大的波导负载作为微带天线的匹配负载导致测量环境装置设计复杂，整体尺寸较大，且无法准确地测量mimo毫米波雷达天线的主极化方向图的问题。
88.需要说明的是，上述毫米波mimo毫米波雷达天线方向图的测量系统实施例与测量环境装置实施例属于同一构思，其具体实现过程详见测量环境装置实施例，且测量环境装置实施例中的技术特征在所述测量系统中均对应适用，这里不再赘述。
89.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
90.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本
发明的思路下，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发明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发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的范围。