雷達(dá)天線組件的制作方法
【專利說(shuō)明】雷達(dá)天線組件 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0001] 本申請(qǐng)是題為"雷達(dá)傳感器模塊（RADAR SENSOR MODULE) "并且于2013年11月6 日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 14/073,489的部分繼續(xù)申請(qǐng)并且要求該申請(qǐng)的權(quán)益，其全部公 開(kāi)在此通過(guò)引用結(jié)合于此。 發(fā)明領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明一般涉及雷達(dá)天線組件，并且尤其涉及包括微帶貼片、混合耦合器、移相器 和功率分配器的雷達(dá)天線組件。
【背景技術(shù)】
[0003] 通常在車輛上采用雷達(dá)和相機(jī)傳感器以使得系統(tǒng)能夠用于增強(qiáng)的車輛安全，包括 自適應(yīng)巡航控制（ACC)、前部碰撞警示（FCW)、經(jīng)由自動(dòng)制動(dòng)、預(yù)碰撞功能（諸如氣囊武裝或 預(yù)激活）的碰撞緩解或避免、和車道偏離警示（LDW)。采用雷達(dá)和相機(jī)傳感器兩者的系統(tǒng)提 供高級(jí)別的主動(dòng)安全性能并且在生產(chǎn)車輛上可用。然而，由于在多個(gè)位置處需要多個(gè)傳感 器，常規(guī)系統(tǒng)的成本通常較高并且集成到車輛系統(tǒng)中通常是復(fù)雜的，當(dāng)前這些系統(tǒng)限于豪 華車輛上的任選裝備。
[0004] 用在車輛中的雷達(dá)和相機(jī)傳感器的集成可顯著地減少傳感器成本和車輛集成成 本以使得高性能主動(dòng)安全系統(tǒng)能夠被提供為很多車輛上的標(biāo)準(zhǔn)裝備。然而，需要克服很多 設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)以有效地實(shí)現(xiàn)滿足應(yīng)用要求和車輛集成約束的集成的雷達(dá)-相機(jī)傳感器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供了適用于被放置于車輛的窗口的后面以通過(guò)窗口并在車輛 附近區(qū)域中檢測(cè)物體的雷達(dá)天線組件。該組件包括微帶貼片、混合耦合器、移相器和功率分 配器。微帶貼片被配置成發(fā)射雷達(dá)信號(hào)通過(guò)窗口并進(jìn)入?yún)^(qū)域中。雷達(dá)信號(hào)由雷達(dá)信號(hào)的發(fā) 射極化所表征。發(fā)射極化受到在微帶貼片的第一端口處所接收的第一發(fā)射信號(hào)和在微帶貼 片的第二端口處所接收的第二發(fā)射信號(hào)所影響?；旌像詈掀鞅慌渲贸烧坏亟M合第一輸入 信號(hào)和第二輸入信號(hào)以輸出第一發(fā)射信號(hào)和第二發(fā)射信號(hào)。第一發(fā)射信號(hào)基于第一輸入信 號(hào)與負(fù)相移的第二輸入信號(hào)的相對(duì)組合，并且第二發(fā)射信號(hào)基于第二輸入信號(hào)與負(fù)相移的 第一輸入信號(hào)的相對(duì)組合。移相器可操作以根據(jù)控制信號(hào)改變第二輸入信號(hào)相對(duì)于第一輸 入信號(hào)的相位。功率分配器被配置成不相等地劃分源信號(hào)以使得第一輸入信號(hào)的第一振幅 基本上等于第二輸入信號(hào)的第二振幅。
[0006] 在另一實(shí)施例中，該組件包括插入在微帶貼片和混合耦合器之間的阻抗變換器 對(duì)。該阻抗變換器對(duì)被配置成減少由微帶貼片對(duì)第一發(fā)射信號(hào)和第二發(fā)射信號(hào)的反射。
[0007] 在另一實(shí)施例中，該組件包括布置在功率分配器附近的阻抗變換器布置 (arrangement)。阻抗變換器布置被配置成減少由移相器、混合耦合器和功率分配器對(duì)源信 號(hào)的反射。
[0008] 在閱讀優(yōu)選實(shí)施例的下列詳細(xì)描述后，進(jìn)一步的特征和優(yōu)勢(shì)將更清楚地呈現(xiàn)出， 這些優(yōu)選實(shí)施例僅作為非限定性的示例且結(jié)合附圖而給出。 附圖簡(jiǎn)述
[0009] 現(xiàn)在將參考附圖借助示例來(lái)描述本發(fā)明，在附圖中：
[0010] 圖1是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的配備有傳感器模塊的車輛的俯視圖；
[0011] 圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的圖1的模塊的框圖；
[0012] 圖3是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的圖1的模塊的透視圖；
[0013] 圖4是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的圖1的模塊的側(cè)視圖；
[0014] 圖5是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的圖1的模塊的透視剖視圖；
[0015] 圖6是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的圖1的模塊的側(cè)面剖視圖；
[0016] 圖7是根據(jù)另一實(shí)施例的采用電磁干擾（EMI)屏蔽的集成的雷達(dá)-相機(jī)傳感器的 側(cè)截面圖；
[0017] 圖8是根據(jù)又一個(gè)實(shí)施例的采用折射塊的集成的雷達(dá)-相機(jī)傳感器的側(cè)視圖；
[0018] 圖9是示出了對(duì)于由雷達(dá)天線所提供的平行（垂直（vertical))極化，反射損失 相對(duì)入射角的曲線圖；
[0019] 圖10是示出了對(duì)于由雷達(dá)天線所提供的垂直（perpendicular)(水平）極化，反 射損失相對(duì)入射角的曲線圖；
[0020] 圖11是示出了在76. 5千兆赫（GHz)垂直極化下，在布儒斯特（Brewster)角附近 和超過(guò)布儒斯特角的敏感度的曲線圖；
[0021] 圖12是示出了在76. 5千兆赫垂直極化下，在布儒斯特角附近和超過(guò)布儒斯特角 的敏感度的曲線圖；以及
[0022] 圖13是示出了潛在的附加損失和方位角的影響的曲線圖；
[0023] 圖14是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于圖1的模塊的天線和控制器的前視圖；
[0024] 圖15是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的圖1的模塊的替代性天線和控制器的前視圖；
[0025] 圖16是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的各種極化角的反射損失對(duì)相對(duì)于窗口的方位角的曲線 圖；
[0026] 圖17是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的對(duì)于雷達(dá)信號(hào)的優(yōu)選極化角對(duì)反射損失對(duì)相對(duì)于窗口 的角度的曲線圖；
[0027] 圖18是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的適用于用在圖1的模塊中的天線組件的前視圖；以及
[0028] 圖19是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的圖18的天線組件的尺寸化圖示。 詳細(xì)描述
[0029] 圖1示出了車輛10的非限制性示例。車輛10配備有傳感器模塊20 (下文稱為模 塊20)，該傳感器模塊20通常被示為位于車輛10的窗口 12后的車輛的內(nèi)部隔間中。雖然 示出了汽車，但明顯的是，模塊20也可適用于用在其它車輛上，諸如像半牽引式掛車的重 型道路車輛之類的其他車輛、以及諸如施工設(shè)備之類的非道路車輛。在此非限制性示例中， 模塊20位于風(fēng)擋的后面并且一般位于后視鏡14的前方。替代地，模塊20可被放置成透過(guò) 車輛10的側(cè)窗或后窗"看"。
[0030] 模塊20包括雷達(dá)單元30 (圖2)，用于發(fā)射雷達(dá)信號(hào)通過(guò)窗口 12以通過(guò)窗口 12 并在車輛10附近的區(qū)域18中檢測(cè)物體16。在該示例中，區(qū)域18 -般被示為車輛10的前 方并且包括由虛線150所限定的雷達(dá)視場(chǎng)。雷達(dá)單元30接收由當(dāng)位于雷達(dá)視場(chǎng)中時(shí)的物 體16所反射的反射雷達(dá)信號(hào)。如在之后的描述中將變得明顯地，模塊20包括一些特征，這 些特征特別涉及克服當(dāng)用于檢測(cè)物體的雷達(dá)信號(hào)必須穿過(guò)窗口 12時(shí)與檢測(cè)物體有關(guān)的問(wèn) 題。任選地，模塊20可包括用于通過(guò)窗口 12捕捉位于由虛線160所限定的相機(jī)視場(chǎng)中的 圖像的相機(jī)22 (圖2)。
[0031] 模塊20通常被配置成檢測(cè)相對(duì)于車輛10的一個(gè)或多個(gè)物體。此外，模塊20可具 有進(jìn)一步的能力來(lái)估算所檢測(cè)到的物體（多個(gè)）的參數(shù)，包括，例如，物體位置和速度矢量、 目標(biāo)尺寸和分類，例如，車輛相對(duì)行人?？稍谲囕v10上隨車攜帶模塊20以用于汽車安全 應(yīng)用，包括自適應(yīng)巡航控制（ACC)、前部碰撞警示（FCW)以及經(jīng)由自動(dòng)制動(dòng)的碰撞緩解或避 免、和車道偏離警示（LDW)。
[0032] 如果包括相機(jī)22,則模塊20可被配置成有利地將雷達(dá)單元30和相機(jī)22兩者集 成在包含在共有外殼內(nèi)的單個(gè)模塊中。模塊20被有利地安裝在車輛10的乘客隔間內(nèi)、位 于窗口 12后、且在后視鏡14前。將相機(jī)22和雷達(dá)單元30集成到共有的單個(gè)組件（模塊 20)中有利地提供了傳感器成本的減少。此外，相機(jī)22和雷達(dá)單元30集成有利地采用如 圖2中所示的共有或共享的電子器件和信號(hào)處理。此外，將雷達(dá)單元30和相機(jī)22置于同 一外殼中簡(jiǎn)化了對(duì)準(zhǔn)這兩個(gè)部分從而更易于基于雷達(dá)和圖像數(shù)據(jù)的組合（即，-雷達(dá)-相 機(jī)數(shù)據(jù)融合）來(lái)確定物體16相對(duì)于車輛10的位置。
[0033] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，模塊20有利地采用如圖3和4中所示的包括多個(gè)壁的外殼100。 模塊20包括用于基于光波捕捉圖像的位于外殼100中的相機(jī)22。模塊20還包括用于發(fā) 射雷達(dá)波束并且接收反射雷達(dá)信號(hào)的位于外殼100內(nèi)的雷達(dá)單元30。模塊20進(jìn)一步包括 雷達(dá)-相機(jī)處理單元50,用于處理所捕捉的圖像和所接收的反射雷達(dá)信號(hào)并且提供在由虛 線150和虛線160所限定的覆蓋區(qū)（zone)中所檢測(cè)到的一個(gè)或多個(gè)物體的存在的檢測(cè)的 指示。
[0034] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，模塊20在圖2中被示為具有各種部件。模塊20包括雷達(dá)單元 30、相機(jī)22、雷達(dá)-相機(jī)處理單元50和應(yīng)用控制單元72。雷達(dá)單元30和相機(jī)22兩者均與 雷達(dá)-相機(jī)處理單元50通信以處理所接收的雷達(dá)信號(hào)和相機(jī)生成的圖像從而使得所感測(cè) 到的雷達(dá)和相機(jī)信號(hào)對(duì)于各種雷達(dá)和視覺(jué)功能是有用的。應(yīng)用控制單元72可被集成在雷 達(dá)-相機(jī)處理單元內(nèi)或可與雷達(dá)-相機(jī)處理單元分離。應(yīng)用控制單元72可執(zhí)行利用經(jīng)處 理的雷達(dá)和相機(jī)信號(hào)的多個(gè)已知應(yīng)用中的任何一個(gè)，包括但不限于ACC、FCW和LDW。
[0035] 相機(jī)22在圖2中被示為包括光學(xué)器件24和成像器26兩者。應(yīng)當(dāng)理解，相機(jī)22 可包括用于生成視頻圖像的商業(yè)上可獲得的現(xiàn)成的相機(jī)。例如，相機(jī)22可包括晶片級(jí)相機(jī) 或其它圖像獲取設(shè)備。相機(jī)22接收來(lái)自雷達(dá)-相機(jī)處理單元50的電源58的電能并且用 雷達(dá)-相機(jī)處理單元50的視頻微控制器52來(lái)傳輸數(shù)據(jù)和控制信號(hào)。
[0036] 雷達(dá)單元30被示為具有耦合至天線48的收發(fā)器32。收發(fā)器32和天線48操作 以在由虛線150所限定的期望的覆蓋區(qū)或波束內(nèi)發(fā)射雷達(dá)信號(hào)并且操作以接收從位于由 虛線150所限定的覆蓋區(qū)內(nèi)的物體反射的反射雷達(dá)信號(hào)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，雷達(dá)信號(hào)30 可發(fā)射