具有仰角检测的mimo天线的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开公开了具有仰角检测的MIMO天线。本公开一般地涉及雷达系统的多输入多输出(MMO)天线，并且更特定地涉及将一个发射天线与另一个垂直偏移由此能够确定到目标的仰角。
【背景技术】
[0002]现今使用的许多地面车辆(例如汽车)雷达系统仅能够确定到目标或对象的距离和水平角或方位角。这种系统的发射天线和接收天线一般分别是辐射体和检测器元件或片的垂直阵列。然而，已经意识到期望确定到对象的垂直角或仰角，从而使得诸如悬伸的桥或者建筑物之类的高架对象不会被无意中确定为车辆行进路径中的对象。
[0003]由于汽车雷达系统对成本因素特别敏感，因此一般将发射天线和接收天线输入的数量保持到最小。发射和接收天线的数量影响雷达在方位和俯仰上的空间能力，并且也带动系统成本。即，更多的天线以增加成本的代价提供了更优的能力。增加仰角分辨率的现有的尝试增加了发射和/或接收天线的数量，这伴随着系统成本的增加。为了增加天线增益，接收天线可具有检测器元件的多个线列或阵列。并行阵列增大了子阵列的相位中心之间的间隔，这导致了对于不同方位角在接收天线敏感度方面的非理想的较大变化的栅瓣。减少栅瓣影响的一种方式是提供模拟波束形成器，该模拟波束形成器被设计成交叠子阵列从而有效降低子阵列的相位中心之间的间隔。然而，这一方法通常要求复杂的多层反馈结构，这导致不必要的高成本。
【发明内容】
[0004]根据一种实施方式，提供了雷达系统的多输入多输出(MMO)天线。所述天线包括接收天线、第一发射天线、和第二发射天线。所述接收天线被配置成检测由目标向接收天线反射的雷达信号。第一发射天线由辐射体元件的第一垂直阵列形成。第二发射天线由不同于第一垂直阵列的辐射体元件的第二垂直阵列形成。第二发射天线与第一发射天线垂直偏移达垂直偏移距离，该垂直偏移距离被选择使得能够确定到目标的仰角。
[0005]在另一实施方式中，提供了雷达系统的多输入多输出(MMO)天线。所述天线包括第一发射天线、第二发射天线、和接收天线。第一发射天线被配置成向目标发射第一雷达信号。第一发射天线由辐射体元件的第一垂直阵列形成。第二发射天线被配置成向目标发射第二雷达信号。第二发射天线由不同于第一垂直阵列的辐射体元件的第二垂直阵列形成。所述接收天线被配置成检测由目标向接收天线反射的雷达信号。所述接收天线由检测器元件的多个成对的垂直阵列形成。
[0006]进一步的特征和优点在阅读以下优选实施方式的详细描述时将更清楚地显现，优选实施方式以仅非限制示例和参考附图方式给出。
【附图说明】
[0007]现在将参考附图以示例方式描述本发明，其中:
[0008]图1A为根据一个实施方式的雷达系统的多输入多输出(MMO)天线；
[0009]图1B为源自图1A的MMO天线配置的等效虚拟接收天线；
[0010]图2A为根据一个实施方式的雷达系统的MMO天线；
[0011]图2B源自图2A的MMO天线配置的等效虚拟接收天线；
[0012]图3A为根据一个实施方式的图1A的MMO天线的性能特性图；
[0013]图3B为根据一个实施方式的图4A的MMO天线的性能特性图；
[0014]图4A为根据一个实施方式的雷达系统的MMO天线；
[0015]图4B为源自图4A的MMO天线配置的等效虚拟接收天线；
[0016]图5A为根据一个实施方式的雷达系统的MMO天线；
[0017]图5B为源自图5A的MMO天线配置的等效虚拟接收天线；
[0018]图6A为根据一个实施方式的雷达系统的MMO天线；
[0019]图6B为源自图6A的MMO天线配置的等效虚拟接收天线；
[0020]图7A为根据一个实施方式的雷达系统的MMO天线；以及
[0021]图7B为源自图7A的MMO天线配置的等效虚拟接收天线。
【具体实施方式】
[0022]通常，多输入多输出(MIMO)天线架构为电扫描提供了改善的空间覆盖率和分辨率。MIMO操作通常要求多个发射和多个接收天线以及多个发射机和接收机。然而，此处展示的教导也适用于更简单的接收天线配置，例如包括单个元件的单个接收天线。此处描述了 MIMO天线的各种配置，其中发射和接收天线的数量依赖于在方位(水平)和俯仰(垂直)维度两者要求的空间覆盖率和分辨率。发射机和接收机的数量可以等于发射和接收天线的数量，或者可以在各个发射和/或接收机天线之间分时操作更少数量的发射机和接收机。然而，为了最佳性能，使用并行发射和接收信道，每个天线一个信道，而不是分时操作。
[0023]发射和接收天线的数量影响雷达在方位和俯仰上的空间能力，并且也影响系统成本。通常，更多的天线以增加的成本为代价提供更好的能力。如将更详细描述的，提供合适的方位分辨率的天线或系统可以以直接(straightforward)方式重新配置以增加仰角分辨率。即，当与仅提供方位(或仰角分辨率)的配置相比，此处描述的MMO天线的一些配置在不增加发射或接收天线数量的情况下同时方位和仰角分辨率两者，并且还提供了合适的栅瓣特性。换言之，从提供足够的方位分辨率的配置开始，此处描述的改善在不增加发射(TX)天线或接收(RX)天线数量的情况下增加了仰角分辨率。
[0024]此处描述的一些MMO配置的另一方面包括在水平维度上间隔多个TX和RX天线，这同时提供了较高增益的天线，具有半波长间隔的虚拟合成阵列以避免栅瓣。相比较小、较低增益的天线，较大、较高增益的天线提供更好的检测范围和较高的空间分辨率。为了避免栅瓣，形成TX和RX天线的垂直阵列通常被要求间隔半波长。由此，具有MMO或常规数字波束成形架构的较大天线要求为半波长间隔附加的TX和/或RX信道(较高成本)以避免栅瓣。
[0025]此处描述的一些MMO配置的另一方面包括将TX和RX天线两者的尺寸加倍的MIMO天线配置，具有50%交叠子阵列的虚拟阵列且没有分开的模拟反馈结构。TX和RX天线尺寸的增加改善了检测范围和空间分辨率。在使用的特定配置中，50%交叠子阵列获得垂直阵列的半波长间隔以形成虚拟接收天线，这些一起消除了栅瓣。
[0026]图7A和7B描述了 MMO天线710和示出与第一发射天线722和第二发射天线724协作的接收天线720的等效性能的虚拟接收天线712的非限制示例。即，形成接收天线720、第一发射天线722、和第二发射天线724的六个垂直阵列可提供与仅使用单个接收天线(未示出)时的虚拟接收天线712相同的增益和方位检测特性。应当理解的是，MIMO天线710要求两个发射机和四个接收机来操作(假设发射机和接收机未被复用或者以其他方式分时操作)从而提供与连接到虚拟接收天线712的一个发射机和八个接收机相同的性能。
[0027]由于四个接收阵列(RX1，RX2，RX3，RX4)每个均为单个元件阵列(即，具有单线阵(string)的检测器元件)，四个接收天线可以被物理间隔开半波长(λ/2)。通过将第一发射天线722与第二发射天线724间隔开两个波长(4 λ /2)，虚拟接收天线具有如所示具有一个半波长间隔的八个单元件阵列。由此，所得虚拟接收天线712有效地是接收天线720的两倍宽度，由此两倍地改善了接收天线720的有效空间分辨率。
[0028]需要注意的是，MMO天线710可用于经由数字波束成形确定多个目标的水平或方位角度，但是MMO天线710通常对于测量目标的垂直或仰角没有用处。增加仰角测量能力的一种方式是在垂直维度上分离TX或RX天线以使TX或RX天线和其各自的发射或接收通道的数量加倍(即4-TX/4-RX配置或者2-TX/8-RX配置)。
[0029]继续参考图7作为示例，雷达检测范围可受限于各天线的增益。增加天线的高度是增加天线增益的一种选项，但是高度通常受限于包装尺寸约束和/或需要的仰角覆盖。可以通过添加附加并行虚拟阵列而在宽度上增加TX天线以改善检测范围，但是宽度可受限于需要的方位覆盖。类似地增加RX天线宽度增大了增益，但是也将其间隔增加到大于半波长，这导致了在数字波束成形中非理想的栅瓣。另一选项是增加RX和/或RX天线的数量,这由此增加了成本。
[0030]通过示例并非限制，为76.5*10~9的雷达赫兹(76.5GHz)而选择此处描述的各种MMO天线的特征的尺寸或大小。本领域技术人员将会意识到特征可以被调整比例或以其他方式改变以使得天线110适应用于在不同雷达频率的操作。垂直阵列还已知为微带天线或微带辐射体，并且可以被布置在基底(未示出)上。每个垂直阵列可以是线列或线性阵列元件或者贴片，其由半盎司铜箔在380微米(μπι)厚基底上形成，诸如来自康涅狄格的罗杰的罗杰公司(Rogers Corporat1n ofRogers)的R05880基底。垂直阵列的合适的整体长度是四十八毫米(48mm)。元件或贴片具有1394 μπι宽度和1284 μπι高度。贴片倾斜度可以为雷达信号的一个引导波长，例如2560 μ m,且互联每个贴片的微带可以为503 μ m宽。优选地，元件或贴片被布置在基底的表面上，并且诸如反馈网络之类的其它特征被布置在基地的内层或