具有至少一个平面天线装置的雷达传感器设备

摘要

本发明涉及一种雷达传感器设备，其具有至少一个平面天线装置，所述至少一个平面天线装置具有多个垂直定向并且作为稀疏阵列(15.2)平行地彼此间隔确定间距地设置在一个平面内的天线列(15b，15c，15d)，这些天线列分别具有至少两个线馈电的贴片元件(23)，其中，天线列(15b，15c，15d)的稀疏阵列(15.2)如此以最小冗余实现，使得在稀疏阵列(15.2)中所述天线列(15b，15c，15d)彼此的确定间距的集合至少一次但以最小可能的数量具有一个具有天线列的相同天线孔径和相同特性的平面天线装置的相对应的非稀疏阵列的两个任意天线列之间的所有不同间距。

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有至少一个平面天线装置的雷达传感器设备，所述 至少一个平面天线装置具有多个垂直定向的并且作为稀疏阵列彼此以确定 的间距平行地设置在一个平面内的天线列，所述天线列分别具有至少两个 线馈电的贴片元件。此外，本发明还涉及一种设备，尤其是机动车的驾驶 员辅助系统。

背景技术

在机动车上越来越多地使用用于在驾驶员辅助系统的范畴内检测交通 环境的雷达传感器，例如用于雷达支持的间距调节(Adaptive Cruise Control -Systeme/ACC：自适应巡航控制系统)。例如由Robert Bosch GmbH(罗伯 特·博世有限公司)的《Adaptive Fahrgeschwindigkeitsregelung ACC》(自适 应行驶速度调节ACC)(黄色系列，2002年版)中公开了这种行驶速度调 节系统。

由于其平面结构和易于制造性(例如借助蚀刻方法)，所谓的平面天线 装置或贴片天线尤其适于以上所述的雷达传感器中的应用。这种天线涉及 一些进行发射的谐振器(天线元件或者贴片元件/贴片)的平面布置，这些 谐振器分别具有定义的振幅和相位。各个贴片元件的辐射图的叠加得到最 终的天线辐射图，其中，行负责方位角的特征而列负责仰角的特征。天线 元件通常设置成垂直定向的天线列。

在汽车领域中很多用于环境检测的雷达传感器使用这种平面天线方 案。平面天线方案的优点在于最终实现较小的雷达传感器结构深度。由此 不仅在雷达传感器的安装位置方面实现更大的灵活性，而且通过安装在车 辆的侧面区域中实现新的应用区域。除结构尺寸以外，雷达传感器的制造 成本当然也非常重要。恰恰在单个通道上实施信号分析(无HF波束成形) 的平面天线方案中，所使用的混频器的数量是较大的成本因素。在此，天 线贴片的布置和数量非常重要。已知的具有平面天线装置的雷达传感器通 常具有均匀线性阵列(Uniform Linear Array：ULA)的结构。在此，具有 贴片元件的天线列等间距地布置，所述间距通常位于空气中的波长的一半 (λ/2)的范围内。

为了通过雷达传感机构实现尽可能良好的角度精度，天线孔径是决定 性的因素。天线孔径越大，则角度精度越好。如果设有如同在迄今已知的 具有均匀线性阵列结构的雷达传感器中那样的天线孔径，则需要大量的混 频器，这导致更高的感测器总体成本。

在DE 100 36 131A1中提出了一种用于检测机动车的周围环境中的交 通情况的雷达传感器，其具有载波单元并且具有贴片天线的满子阵列和贴 片天线的稀疏子阵列的组合形式的贴片天线阵列。然而，贴片天线存在冗 余，即多次测量信号关系。

发明公开

根据本发明，提出一种雷达传感器设备，其具有至少一个平面天线装 置，所述至少一个平面天线装置具有多个垂直定向并且作为稀疏阵列平行 地彼此间隔确定间距地设置在一个平面内的天线列，这些天线列分别具有 至少两个线馈电的贴片元件，其中，天线列的稀疏阵列如此以最小冗余实 现，使得在所述稀疏阵列中所述天线列彼此的确定间距的集合至少一次但 以最小可能的数量具有一个具有天线列相同天线孔径和相同特性的平面天 线装置的相对应的非稀疏阵列的两个任意的天线列之间的所有不同间距。

通过所述措施，在使用所谓的天线列的最小冗余阵列(MRA)的情况 下实现了所需的角度唯一性和的角度精度之间的很好折衷。在此，不是等 距地而是在考虑最小冗余原则的情况下以稀疏阵列来实施具有贴片元件的 天线列的布置。这有利地导致天线列或者贴片元件以及所需的混频器的数 量的显著减少，从而实现雷达传感器制造时的成本降低。通过天线列之间 的每个间距——即每个相位关系至少一次但尽可能少地出现，实现了最小 冗余。必须存在具有同一孔径的平面天线装置的传统的或者非稀疏的阵列 的天线列的任意组合的全部不同间距，以便保证唯一性。

天线列彼此的确定间距可以分别是一个恒定的基本间距的整数倍。有 利的是，所述恒定的基本间距小于或等于空气中的波长的一半。则对于+/-90 度的范围实现唯一性。

在权利要求4中给出了一种装置，尤其是机动车的驾驶员辅助系统。

附图说明

以下根据附图原理性地描述本发明的实施例。

附图示出：

图1：机动车中的驾驶员辅助系统或自适应速度调节设备的重要组件的 示意图；

图2：根据现有技术的具有四个天线列的平面天线装置的阵列示意图；

图3：根据本发明的雷达传感器设备的第一实施例的具有三个天线列的 平面天线装置的阵列示意图；以及

图4：根据本发明的雷达传感器设备的第二实施例的具有四个天线列的 平面天线装置的阵列示意图。

具体实施方式

在图1中示出的具有作为驾驶员辅助系统的自适应速度调节设备11的 机动车10作为物体探测传感器具有安装在机动车10的前部上的雷达传感 器设备12，在所述雷达传感器的壳体中还安置有自适应速度调节设备11 的控制装置14。雷达传感器设备12用于探测机动车10的周围环境中的物 体。雷达传感器设备12与控制装置14连接。控制装置14通过数据总线16 (CAN，MOST等等)与电子驱动控制单元18、制动系统控制单元20以 及人机接口的HMI控制单元22连接。在其他未示出的实施例中，控制单 元14和HMI控制单元22也可以集成在自适应速度调节设备12的控制装 置中，尤其是集成在一个共同的壳体中。

雷达传感器设备12借助于多射束雷达来测量位于机动车10前面的物 体的距离、相对速度和方位角，所述物体反射雷达波。在控制装置14中分 析处理以规则的时间间隔(例如每10ms)接收到的原始数据，以便辨认和 跟踪各个物体，尤其是以便识别在自己行车道上直接在前行驶的车辆并且 将其选择为目标物体。

如从图1中还可以看出，根据本发明的雷达传感器设备12具有平面天 线装置，所述平面天线装置具有天线列15b至15h的阵列15.2或15.3(参 见图3和4)。

图2示出根据现有技术的平面天线装置或者非稀疏阵列15.1，其具有 四个垂直定向的并且平行地彼此间隔地设置在一个平面内的天线列15a。天 线列15a彼此以相等的、即恒定的基本间距布置，所述基本间距等于空气 中的波长λ的一半。如从图2中可以看到，作为不同的间距给出了0.5·空 气中的波长λ、1.0·空气中的波长λ和1.5·空气中的波长λ。

在图3中示出了根据本发明的雷达传感器设备12的第一实施方式的平 面天线装置，其具有三个垂直定向的并且作为稀疏阵列15.2平行地彼此间 隔确定间距地设置在一个平面内的天线列15b、15c和15d，这些天线列分 别具有多个线馈电的贴片元件23。天线列15b、15c和15d的稀疏阵列15.2 如此以最小冗余实现，使得在稀疏阵列15.2中天线列15b、15c和15d彼此 的确定间距的集合至少一次但以最小可能的数量具有(具有天线列15a的 相同天线孔径和相同特性的)平面天线装置的图1中的相对应的非稀疏阵 列15.1的两个任意天线列15a之间的所有不同间距。如从图3中还可以看 出，在此在天线列15b和15c之间设有0.5·空气中的波长λ的间距，在天 线列15c和15d之间设有1.0·空气中的波长λ的间距。此外，在天线列15b 和15d之间留有1.5·空气中的波长λ的间距。

在图4中示出了根据本发明的雷达传感器设备12的第二实施方式的平 面天线装置，其具有四个垂直定向并且作为稀疏阵列15.3平行地彼此间隔 确定间距地设置在一个平面内的天线列15e、15f、15g和15h。如从图4中 可以看出，在此在天线列15e和15f之间设有0.5·空气中的波长λ的间距， 在天线列15f和15g之间设有1.5·空气中的波长λ的间距，在天线列15g 和15h之间设有1.0·空气中的波长λ的间距。此外，在天线列15e和15g 之间留有2.0·空气中的波长λ的间距，在天线列15f和15h之间留有2.5·空 气中的波长λ的间距，并且在天线列15e和15h之间留有3.0·空气中的波 长λ的距离。

天线列15a至15g彼此的确定间距分别是恒定的基本间距——即空气 中的波长λ的一半的整数倍。