阅读说明：本技术 具主波束波宽缩减与旁波束抑制功能的雷达装置 (Radar device with main beam wave width reducing and side beam inhibiting function ) 是由 张继禾 饶裕得 纪瑞洋 林峻苇 苏炯园 彭彦缙 于 2019-01-09 设计创作，主要内容包括：一种具主波束波宽缩减、能量增强与旁波束抑制功能的雷达装置,包括一天线罩、一天线组件、以及一超材料组件。该天线组件设置在该天线罩内且包括一天线基板以及一设置在该天线基板一面的天线。该超材料组件设置在该天线罩内并与天线罩粘附或整合再一起,并与该天线组件隔一间距,且该超材料组件包括一固定基板、一第一超材料阵列以及一第二超材料阵列。该天线组件所发射的该雷达波是沿着一朝向该超材料组件的发射方向,且该间距为该雷达波的工作频段在空气中的波长的二分之一的倍数。该雷达装置可缩减主波束波宽及增强其能量并且抑制旁波束。(A radar device with main beam wave width reduction, energy enhancement and side beam suppression functions comprises an antenna cover, an antenna component and a metamaterial component. The antenna assembly is arranged in the antenna housing and comprises an antenna substrate and an antenna arranged on one surface of the antenna substrate. The metamaterial assembly is arranged in the antenna housing, adhered or integrated with the antenna housing, and separated from the antenna assembly by a distance, and comprises a fixed substrate, a first metamaterial array and a second metamaterial array. The radar wave emitted by the antenna component is along an emission direction towards the metamaterial component, and the spacing is a multiple of half of the wavelength of the working frequency band of the radar wave in the air. The radar apparatus can reduce the wave width of the main beam, enhance the energy of the main beam and restrain the side beam.)

具主波束波宽缩减与旁波束抑制功能的雷达装置

技术领域

本发明关于一种雷达装置，尤指一种雷达装置，其增强聚焦了在雷达波 的发射方向上的主波束，且抑制了在雷达波的发射方向上的两侧的旁波束， 使得该雷达装置能够良好的侦测前方的物体，且避免被两侧的物体所干扰。

背景技术

雷达装置广泛应用在车辆上，透过在车辆的车头或车尾安装雷达装置， 可使车辆具有侦射前方或后方物体的功能，进而避免车辆在行驶或倒车中意 外撞击或辗过物体。

请参照图1，图1为传统雷达装置未加设要的水平角位的波束场型(以 多个点相连的实线曲线)以及加设天线罩后的水平角位的波束场型(虚线曲 线)曲线图。传统雷达装置主要以增加雷达装置中的阵列天线个数而进行天 线波束宽度缩减，以便提升雷达的侦测性能。然而，前述增加阵列天线个数 的方式，虽然使主波束(Main lobe)的波宽缩减，但其旁波(Side lobe)的能量却 增加，造成雷达装置两侧的回波讯号变大，使雷达装置受到两侧的树木及建 物的反射杂波所干扰，若以控制阻抗或相位方式进行旁波抑制(Tapering)，则 其旁波束能量可降低许多，但是为了雷达装置的防水设计，必须加上雷达装 置罩进行密合组装，经过材质及厚度不同的雷达装置罩覆盖住天线部分，会 使原有旁波束能量增大，如图1所示。此造成原来主要旁波已经过抑制的场 型(以多个点相连的实线曲线)经天线罩反射后其主要旁波又增大许多(虚 线曲线)。因此，当雷达装置安装在一车辆的前端或是后端时，两侧的树木及 建物的反射杂波又进入雷达装置的量测频谱中，造成近端反射的干扰。

简言之，以传统旁波抑制(Tapering)虽可将阵列天线的主旁波抑制降低， 但经过天线罩的近场反射，又会破坏其旁波抑制(Tapering)特性。而每一套雷 达系统不能以裸板作为成品，必须加上天线罩进行防水等防护，所以需思考 如何改善天线罩对微波辐射场型的影响。

发明内容

有鉴于现有的车用雷达装置在雷达波的主波束的增强以及旁波束的抑制 上有所不足，导致侦测车辆前后方的物体的功能不足，又容易遭受车辆侧边 的其他物品所干扰侦测结果的缺点，改良其不足与缺失，进而发明出一种具 主波束增强与旁波束抑制功能的雷达装置。

本发明主要目的在于提供一种具主波束增强与旁波束抑制功能的雷达装 置，包括：

一天线罩，在该天线罩中形成有一容置空间；

一天线组件，设置在该天线罩的容置空间内且包括一天线基板以及一设 置在该天线基板一面的天线，该天线用于发射雷达波以用于侦测外部环境的 物体；以及

一超材料组件，设置在该容置空间内并与并与该天线组件隔一间距，且 该超材料组件包括一固定基板、一第一超材料阵列以及一第二超材料阵列； 该固定基板贴附在该天线罩的容置空间内表面上或整合在天线罩中；该第一 超材料阵列设置在该固定基板的相对两表面的其中一表面上，且包括有多个 第一超材料单元；该第二超材料阵列设置在该固定基板的另一表面上，且包 括有多个第二超材料单元，该多个第二超材料单元分别对应并且对准该多个 第一超材料单元；

其中，该天线组件所发射的该雷达波是沿着一朝向该超材料组件的发射 方向，且该间距为该雷达波在空气中的波长的二分之一的倍数。

在本发明一实施例中，该至少一天线为阵列天线。

在本发明一实施例中，该天线罩的厚度为该雷达波在该天线罩材料的波 长的二分之一的倍数。

在本发明一实施例中，该天线罩被该雷达波贯穿的部份的厚度是为该雷 达波在该天线罩材料的波长的二分之一的倍数。

在本发明一实施例中，该超材料组件的厚度为该雷达波在该超材料组件 的波长的二分之一的倍数。

在本发明一实施例中，每一第一超材料单元具有一第一矩形外框以及位 于该第一矩形外框内且与该第一矩形外框连接的第一螺旋部；每一第二超材 料单元具有一第二矩形外框以及位于该第二矩形外框内且与该第二矩形外框 连接的第二螺旋部；该固定基板上贯穿形成有多个镀有金属导体的贯孔，该 多个贯孔在数量上对应该多个第一超材料单元以及该多个第二超材料单元， 每一贯孔分别连接对应的第一超材料单元以及第二超材料单元。

在本发明一实施例中，该超材料组件具有负折射指数。

在本发明一实施例中，该天线罩具有正折射指数。

在本发明一实施例中，该超材料组件的负折射指数的绝对值大于该天线 罩的正折射指数的绝对值。

本发明具主波束波宽缩减、能量增强与旁波束抑制功能的雷达装置至少 具有下列优点。

1.基于本发明的天线罩的厚度为该雷达波在该天线罩中的波长的二分之 一的倍数的设计原则，可选择合适材质与厚度的天线罩，进而避免天线波束 场型的严重失真。

2.针对中长距离的侦测雷达应用，即便不论天线罩的材质与厚度，该超 材料组件的设置可具有缩减主波束波宽且增强其能量，并降低旁波束能量的 功能。

3.一般要设计极窄波束的天线场型，需要并联较多的天线，造成电路板 面积变大，且天线场型的旁波波束个数增加与能量增大，若以超材料组件配 合一般较少阵列的窄波束天线取代大型较多阵列的极窄波束天线，可达到同 样的波束缩小能量增大的效果且又可缩小天线面积与降低旁波束能量的效 果。

4.本发明可固定天线的型态尺寸，可更不同的超材料组件(不同的负折 射指数)，用以控制不同的天线场型。

附图说明

图1为传统雷达装置未加设天线罩的水平角位的波束场型(以多个点相 连的实线曲线)以及加设天线罩后的水平角位的波束场型(虚线曲线)曲线 图。

图2为本发明具主波束增强与旁波束抑制功能的雷达装置的立体外观 图。

图3为本发明雷达装置的立体大部分解图。

图4为本发明雷达装置的侧面剖视图。

图5为司乃尔定律(Snell’s Law)的入射、反射及折射角的相对关系示意 图。。

图6A为薄介质厚度对波的折射角度的影响示意图。

图6B为厚介质厚度对波的折射角度的影响示意图。

图7为本发明天线组件的平面视图。

图8为本发明超材料组件的平面视图。

图9为本发明超材料组件第1实施例一面的局部放大平面视图。

图10为本发明超材料组件第1实施例另一面的局部放大平面视图。

图11为本发明超材料组件第1实施例的局部放大侧面剖视图。

图12为驻波的示意图，其中往返两相同的正弦波，即是向右波、向左波 (反射波)相向行进干涉而形成合成波。

图13为本发明的雷达波在空气及一般介质(实线)与超材料(虚线)的折射 示意图。

图14为本发明的雷达波在空气、超材料组件及天线罩等不同介质间的折 射示意图。

图15为本发明以3D场论进行模拟分析，并更换不同的天线罩材质与加 入超材料结合天线罩进行分析所得的天线场型曲线图。

图16为本发明实验1中以不同厚度的天线罩进行收发FOV(Field of View) 的收发功率量测的波束场型曲线图。

图17为本发明实验2中加入超材料至天线罩进行收发FOV(Field of View) 的收发功率量测的波束场型曲线图。

图18为本发明实验3中以不同厚度及材质的天线罩进行收发FOV(Field of View)的收发功率量测的波束场型曲线图。

图19为本发明实验4中以不同厚度及材质的天线罩分别加入超材料进行 收发FOV(Field of View)的收发功率量测的波束场型曲线图。

具体实施方式

请参照图2至图4，图2为本发明具主波束增强与旁波束抑制功能的雷 达装置的立体外观图。图3为本发明雷达装置的立体大部分解图，图4为本 发明雷达装置的侧面剖视图。本发明具主波束增强与旁波束抑制功能的雷达 装置包括一天线罩10、一天线组件20以及一超材料(Metamaterial)组件30。

该天线罩10为一外壳，该外壳可由两半壳体11、12相互对接固定而组 成。在该天线罩10中形成有一容置空间100。该天线组件20设置在该天线 罩10的容置空间100内且包括一天线基板21(电路板)以及至少一设置在 该天线基板21一面的天线22。

该至少一天线22可为阵列天线22，可发射雷达波以用于侦测外部环境 的物体。

该超材料组件30设置在该容置空间100内并与并与该天线组件20隔一 间距D1，且该超材料组件30包括一固定基板31、一第一超材料阵列以及一 第二超材料阵列。该固定基板31具有绝缘性，可为具有挠性的薄膜基板，且 该固定基板31贴附在该天线罩10的容置空间100内表面上。该第一超材料 阵列设置在该固定基板31的相对两表面的其中一表面上，且包括有多个第一 超材料单元33。该多个第二超材料单元35分别对应并且对准该多个第一超 材料单元33，即是，每一第二超材料单元35的中心轴线平行于该固定基板 31的法线，且每一第二超材料单元35的中心轴线是重迭于对应的每一第一 超材料单元33的中心轴线。于发明较佳实施例中，该超材料组件30的厚度 为该雷达波在该超材料组件30的波长的二分之一的倍数。本发明所叙述的超 材料组件，是一种金属或电路板的布局结构，并非是一种材料，超材料组件 具有波束波宽缩减、能量增强与旁波束抑制等功能。

该天线组件20所发射的该雷达波是沿着一朝向该超材料组件30的发射 方向，该雷达波穿过该超材料组件30时受到该超材料组件30的折射，使该 雷达波的主波束在该发射方向上增大，且使该雷达波的位于该主波束的两侧 的旁波束被抑制而在该发射方向上减小，且该雷达波经穿过该超材料组件30 后再穿过该天线罩10，再继续向外部环境发射，并在触及物体并经物体反弹 后回传到雷达装置本身，进而达到物体侦测效果。此外，该间距D1为该雷 达波在空气中波长的二分之一的倍数。于本发明较佳实施例中，该天线罩10的厚度D2为该雷达波在该天线罩10中波长的二分之一的倍数。详细而言， 该天线罩10被该雷达波贯穿的部份的厚度D2是为该雷达波在该天线罩10 中波长的二分之一的倍数。

在进一步叙述本发明的各项元件的细节之前，须先介绍本发明具主波束 增强与旁波束抑制功能的雷达装置的设计原理如下。

本发明天线罩10的厚度D2与其材质(介电系数)影响天线22场型变 化的影响。而天线罩10厚度D2的影响对象，分别为驻波的节点反射及场型 的折射角度变化，而天线罩10材质的影响对象，则与折射角度变化有关。此 外，尚须控制天线22与天线罩10之间的间距D1，一般将该距离控制在在二 分之一波长(雷达波束在空气介质中的波长)的倍数，而天线罩10的厚度 D2也需要控制在二分之一波长(雷达波束在各种天线罩10介质中的波长) 的倍数。

欲消除天线罩10的厚度D2影响，首先须将天线罩10的厚度D2控制在二 分之一波长(雷达波束在各种天线罩10介质中的波长)的倍数，每一种材质 对应的二分之一波长皆不相同，以波在介质中的速度相较于空气中的速度来 计算其波长，如其中v是波在介质中的行走的速度，而波在空气中 行走的速度则为其中所用的天线罩10材质均非磁性材质。得知 μ_r＝μ₀与ε_r＝ε₁ε₀，其中ε1为其相对介电系数，因此推得到

若在一定的操作频率之下，在空气介质的波长为若为天线罩10 材质则所以在76.5GHz频率下，天线基板21(电路 板)与天线罩10之间的距离需为二分之一波长(空气介质)的倍数，为聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)材 质(介电系数ε₁)为2.8，则其天线罩10的厚度D2律定二分之一波长(天线罩10介质)的倍数，即是因此若此厚度D2PC 材质不够强固，则取其二倍厚度D22×1.195＝2.39mm，可将驻波节点效应消除， 降低辐射场型的失真现象。

请参照图5，图5为司乃尔定律(Snell’s Law)的入射、反射及折射角的相 对关系示意图。在天线罩10本身的设计上，计有厚度D2及材质会影响微波辐 射场型，一般而言在天线22裸板辐射时，其天线22场型的辐射介面为空气， 其介电系数为1.0左右，而加上天线罩10后，其辐射介面会经过天线罩10的介 质，若为PC材质则其介电系数约为2.8，为聚对苯二甲酸丁二酯(Polybutylene terephthalate,PBT)材质则为3.8，如图2所示。

根据司乃尔定律得知两介质间波的入射角与折射角为θ₁与θ₂且折射指 数(refractive index)分别为n₁与n₂，其关系式为下：

n₁·sin(θ₁)＝n₂·sin(θ₂)

其中v₂表示介质内波的速度、f表示射频频率、c表示光速

且|k₁|＝ω/c，|k₂|＝ω/v₂，

可得到下式：

再由Fresnel’s Equation与介电系数的关系，得出下列方程式：

因此可得到介电系数越大，辐射场型改变越大。

请参照图6A及图6B，图6A为薄介质厚度D2对波的折射角度的影响示意 图，图6B为厚介质厚度D2对波的折射角度的影响示意图。

由上述计算式，可得到介质厚度D2越厚，辐射场型改变越大。但是辐 射场型的折射大小与介电系数的平方根成正比，与介质厚度D2成正比。

本发明为了避免驻波节点效应，造成天线22辐射场型的严重变形，将控 制天线22与天线罩10之间的距离，设计在二分之一波长(空气介质)的倍 数，而天线罩10的厚度D2也需要设计在二分之一波长(天线罩10介质) 的倍数，可降低近场天线22的驻波效应。

若已将天线罩10的厚度D2最佳化，但原有天线22场型与天线罩10材 料等因素都会影响最终场型变化，所以要进一步将天线罩10对天线22场型 负面的影响改善，因此采用超材料(Metamaterial)特性改善天线罩10负面影 响，因为超材料在司乃尔定律中，其折射角会产生负角度的特性，而天线罩 10产生的负面影响多来自于折射角的正角度影响。

本发明除控制天线22与天线罩10之间的距离与天线罩10的厚度D2外， 更进一步应用极薄的板材，以电磁能隙(Electromagnetic Band Gap,EBG)印刷 电路板(PrintedCircuit Board,PCB)结构做为该超材料组件30的材料，来改善 上述天线罩10破坏其旁波抑制特性，其采用一般两层板(或多层板)的PCB 制程，生产制造容易且与天线罩10整合简单。

请参照图9至图11，图9为本发明超材料组件30第一实施例一面的局 部放大平面视图，图10为本发明超材料组件30第一实施例另一面的局部放 大平面视图，图11为本发明超材料组件30第一实施例的局部放大侧面剖视 图。每一第一超材料单元33具有一第一矩形外框331以及位于该第一矩形外 框331内且与该第一矩形外框331连接的第一螺旋部332。每一第二超材料 单元35具有一第二矩形外框351以及位于该第二矩形外框351内且与该第二 矩形外框351连接的第二螺旋部352。该固定基板31上贯穿形成有多个镀有 金属导体的贯孔310，该多个贯孔310在数量上对应该多个第一超材料单元 33以及该多个第二超材料单元35，每一贯孔310分别连接对应的第一超材料 单元33以及第二超材料单元35。于较佳实施例中，相邻的两第一超材料单 元33之间具有一间隔330，且相邻的两第二超材料单元35紧密相连。

以上本发明超材料组件30具有较好雷达波主波束增强并且旁波束抑制 效果的实施例。上述本发明超材料组件30，均具有慢波(Slow wave)的高阻抗 表面特性，亦可称为频率选择表面(Frequency Selective Surfaces,FSS)。当入 射场通过此结构之金属表面时，金属表面会产生感应电流，而感应电流会产 生散射场。在空间中，任意位置之总场便是由感应电流与介电质之界面造成 之反射与透射场之总和，藉由此特性应用改善天线22辐射的问题。

此外，本发明雷达波的驻波理论依据如下：

请参照图12，图12为驻波(Standing Wave或Stationary Wave)的示意 图，其中往返两相同的正弦波，即是向右波、向左波(反射波)相向行进干 涉而形成合成波(CombinedWave)。驻波为两个波长、周倍数期、频率和波速 皆相同的正弦波相向行进干涉而成的合成波。与行波不同，驻波的波形无法 前进，因此无法传播能量。驻波通过时，每一个质点皆作简谐运动。因为 天线22与天线罩10之间与天线罩10的厚度D2的距离是固定且在近场范围，其入射波与反射波的强度、周期等完全相同且方向相反，符合驻波形成的条 件，因此将其在天线罩10的反射节点(Node)设在驻波的波谷，使其近场反射 能量最小。

反方向传播的波可以用以下方程表示

y₁＝y₀sin(kx-ωt)

y₂＝y₀sin(kx+ωt)

其中y0为波的振幅，ω为角速度，ω＝2πf，k为波数，

x与t为距离与时间的变量，两波迭加后的结果为：

y＝y₀sin(kx-ωt)+y₀sin(kx+ωt)

简化后得到y＝2y₀cos(ωt)sin(kx)

由上式得知0，λ/2，λ，3λ/2，...为波谷(λ/2的倍数)，其振幅为0，另在λ/4， 3λ/4，5λ/4，...为波峰其能量最大。

此外，超材料的理论主要为应用于负指数超材料(Negative-indexmetamaterials，NIM)的应用，在一般介质结构中，其司乃尔定律的折射指数 (refractiveindex)均为正值，因此能天线22辐射场会发散变差。因为折射指数 n²＝μ_rε_r，若是ε与μ均小于0，则Maxwell方程式的time-harmonic平面波方 程式在此结构中的表示为下：

k×E＝ωμ₀μH；

k×H＝-ωε₀εE。

请参照图13，图13为本发明的雷达波在空气及天线罩10等不同介质间 的折射示意图。带入Maxwell方程式与Poynting的向量中，其折射指数n必 须为负，所以将折射指数带入图5的Snell Law的入射及折射角关系，会得 到图13之新的入射及折射角关系。传统上由介质1(空气，折射指数为n₁) 到介质2(天线罩10，折射指数为n₂)是由实线入射线到虚线折射线，但是 采用负指数超材料，则是由实线入射线到实线折射线，此相同于光学中的凸透镜的聚焦方式，其具有增加天线22增益与降低各阶旁波的能量的效果。

请参照图14，图14为本发明的雷达波在空气、超材料组件30及天线罩 10等不同介质间的折射示意图。其中本发明之超材料组件30贴设该天线罩 10上，为三层介质层分别为空气(介质1)、超材料(介质2)及天线罩10 (介质3)(折射指数分别为n₁、n₂、n₃)，其层别结构如图14所示，其超材 料的负折射指数必须大于天线罩10本身的正折射指数，如此才能达到旁波束 能量抑制与主波束波宽缩减的效果，因为天线罩10厚度D2较厚(远大于超 材料)使得天线22增益效果下降许多，要如何使超材料的负折射指数增加， 能够大于天线罩10折射指数，其最大的方式即是(i)调整每一个超材料单位的 边长，等于二分之一的工作频率的波长，(ii)增加超材料的层数，改为多层板 使其负折射指数持续增加。但须考虑PCB的板厚与其制程的费用，毕竟本发 明是应用消费性车用产品，不能增加过多的成本。

在本发明较佳实施例中，该超材料组件具有负折射指数，该天线罩具有 正折射指数，该超材料组件的负折射指数的绝对值大于该天线罩的正折射指 数的绝对值。

请参照图15，图15为本发明以3D场论进行模拟分析，并更换不同的天 线罩10材质与加入超材料进行分析所得的天线22场型曲线图，其中PC_Cover_EBG曲线呈现加入超材料后，有明显的主波束变窄而各旁波束能 量均降低，且增益增加等效果。

本发明相关实验

实验1

请参照图16，图16为本发明实验1中以不同厚度D2的天线罩10进行收发 FOV(Field of View)的收发功率量测的波束场型曲线图。在实验1中，收发各 为单一串接阵列天线22，以PC材质(ε1＝2.8)制作不同的天线罩10厚度D2，其 中厚度D2定二分之一波长(天线罩10介质)的倍数，即是参考图11以 不同厚度D2的天线罩10进行收发FOV(Field of View)的收发功率量测，其中(i) 实线曲线是没有加天线罩10的场型，(ii)虚线曲线厚度D2 1.15mm接近λ1/2 ＝1.195mm，其场型有压缩，但失真较小(iii)点线曲线厚度D2 2.33mm接近 2×(λ1/2)＝2.39mm，同样地其场型有压缩，但失真较小，(iv)一点链线曲线厚 度D2 2.0mm并非λ1/2或其倍数，产生驻波效应造成场型严重失真。

实验2

请参照图17，图17为本发明实验2中加入超材料至天线罩10进行收发 FOV(Fieldof View)的收发功率量测的波束场型曲线图。在实验2中，发射为 四支并联串接阵列天线22与接收为单一串接阵列天线22，PC材质(ε1＝2.8)厚 度D2 2.0mm天线罩10，加超材料进行收发FOV(Field of View)的收发功率量 测，如图12，其中(i)实线曲线是没有加天线罩10的场型，(ii)虚线曲线厚度D2 2.0mm并非λ1/2或其被数，产生驻波效应造成场型严重失真(iii)一点链线曲线 厚度D2 2.0mm加上加超材料，不仅将主波束(Main lobe)的波宽缩减且将主波 束能量的增强，并降低两侧旁波(Side lobe)的能量。

实验3

请参照图18，图18为本发明实验3中以不同厚度D2及材质的天线罩10进 行收发FOV(Field of View)的收发功率量测的波束场型曲线图。在实验3中， 收发各为单一串接阵列天线22，分别以PC材质(ε1＝2.8)与PBT材质(ε2＝3.2)制 作不同的天线罩10厚度D2，其中厚度D2定二分之一波长(天线罩10介质)的倍 数，即是参考图13以不同厚度D2的天线罩10进行收发FOV(Field of View)的收发功率量测，其中(i)实线曲线是没有加天线罩10的场型，(ii)虚线 曲线厚度D2 1.15mm PC接近λ1/2＝1.195mm，其场型有压缩，但失真最小， (iii)点线曲线厚度D2 2.33mm PC接近2×(λ1/2)＝2.39mm，同样地其场型有压缩，但失真较小，但衰减较PC 1.15mm大，(iv)一点链线曲线厚度D2 2.0mm PC 并非λ1/2或其倍数，产生驻波效应造成场型严重失真，(v)二点链线曲线厚 度D2 2.13mm PBT并非λ2/2或其倍数，产生驻波效应造成场型严重失真。(vi) 细实线曲线厚度D2 2.26mm PBT接近2×(λ2/2)＝2.24mm，同样地其场型有压 缩，但失真较小，衰减较PC 1.15mm大，但较PC 2.33mm小。由本项量测资 料比对第一章先前技艺中，折射角与厚度D2成正比但与介电系数成平方根正 比，因此天线罩10厚度D2对天线22场型的影响大于介电系数的影响。

实验4

请参照图19，图19为本发明实验4中以不同厚度D2及材质的天线罩10进 行收发FOV(Field of View)的收发功率量测的波束场型曲线图。在实验4中， 收发各为单一串接阵列天线22，以PC材质(ε1＝2.8)制作不同的天线罩10厚度 D2并加入超材料贴附在天线罩10，参考图14以不同厚度D2的天线罩10与加上 超材料进行收发FOV(Field of View)的收发功率量测，其中(i)实线曲线是没有 加天线罩10的原始场型，(ii)虚线曲线为厚度D22.0mm PC并非λ1/2或其倍数， 产生驻波效应造成场型严重失真，(iii)点线曲线是厚度D22.0mm PC加上超材 料，此时将原有已严重失真的场型(虚线曲线)，同样进行波宽缩减，旁波降 低的改善，其主波束中央仍有微小的凹陷，但中央能量高于未加超材料时之 能量。(iv)一点链线曲线是厚度D2 1.15mm PC接近λ1/2，其场型虽有压缩， 但失真最小(v)二点链线曲线是厚度D2 1.15mm PC加上超材料后，相对于未加 超材料的场型，其波宽缩减且能量增强，旁波降低的功能非常明显。由本项 量测资料分析，无论天线罩10的材质为何或其厚度D2是否为λ1/2或其倍数， 加上超材料之后都具有缩减主波束波宽，降低旁波束能量的功能，因此用于 汽车前方中长距离的侦测雷达应用。

本发明具主波束能量增强、波宽缩减与旁波束抑制功能的雷达装置至少 具有下列优点。

1.基于本发明的天线罩10的厚度D2为该雷达波在该天线罩10中的波长 的二分之一的倍数的设计原则，可选择合适材质与厚度D2的天线罩10，进而 避免天线22波束场型的严重失真。

2.针对中长距离的侦测雷达应用，即便不论天线罩10的材质与厚度D2， 该超材料组件30的设置可具有缩减主波束波宽，降低旁波束能量的功能。

3.一般要设计极窄波束的天线22场型，需要并联较多的天线22，造成电 路板面积变大，且天线22场型的旁波波束个数增加与能量增大，若超材料组 件30加上一般窄波束天线的组合可取代极窄波束天线22，可达到缩小天线22 面积与降低旁波束能量的效果。

4.本发明可固定天线22的型态尺寸，可更不同的超材料组件30(不同的 负折射指数)，用以控制不同的天线22场型。