具体实施方式

现在参考附图，其中，相同的附图标记在几个视图中表示相同或相应的部分，图1A和图1B示出了根据本公开的平面天线阵列10的第一实施例和相应的天线波束方向图的俯视图。如图1A所示的平面天线阵列10的第一实施例包括具有第一组第一辐射元件16和第二组第一辐射元件18的(垂直)第一线性阵列12，以及包括具有第一组第二辐射元件26和第二组第二辐射元件28的(水平)第二线性阵列22。在该实施例中，第一辐射元件14是贴片天线元件，而第二辐射元件24是梳状线天线元件，即水平天线带状线和垂直天线带状线均由相同的天线辐射元件组成。具体地，每组第一辐射元件14包括四个贴片天线元件，每组第二辐射元件24包括五个梳状线天线元件。然而，每组第一辐射元件和第二辐射元件可以包括不同数量的辐射元件。

第一线性阵列12和第二线性阵列22以基本垂直的方式设置，即第一线性阵列12和第二线性阵列22之间的角度为90°±10°，具体是90°±5°，更具体是90°。因此，平面天线阵列10的第一实施例是加号形状中心馈电天线阵列。由于天线阵列由第一线性阵列12中的贴片阵列元件和第二线性阵列22中的梳状线元件组成，所以所有辐射元件辐射或接收相同的极化。

在第一线性阵列12和第二线性阵列22的交点处，设置有公共馈电端口20，用于向第一线性阵列12和第二线性阵列22发送馈电信号和/或从第一线性阵列12和第二线性阵列22接收馈电信号。公共馈电端口20经由带状线连接到第一辐射元件和第二辐射元件。事实上，有四条带状线离开公共馈电端口(common feed port)20，其中，每条带状线对应于一组第一辐射元件或第二辐射元件。通常，带状线被配置为匹配进入或来自公共馈电端口的馈电线的阻抗。在天线阵列是印刷电路板(PCB)天线的情况下，所述馈电线与带状线相比位于PCB的另一侧。优选地，四条带状线的阻抗之和被配置为等于馈电线的阻抗。

在每组天线元件(即辐射元件)中，贴片天线元件和梳状线天线元件分别相等地间隔开。优选地，元件间距为λ/2(或接近λ/2)，其中，λ表示在给定设计频率下在所有元件之间生成同相激励的发射和接收的电磁辐射的波长。然而，邻近公共馈电端口20的两个贴片天线元件与公共馈电端口20的距离不同。这同样适用于梳状线天线元件。事实上，在公共馈电端口20和第一组第一辐射元件16之间设置有第一相移元件30，在公共馈电端口20和第一组第二辐射元件26之间设置有第二相移元件32，其中，第一相移元件30和第二相移元件32包括预定长度的带状线元件。第一相移元件和第二相移元件都被配置为将馈电信号的相位偏移180°。然而，通常，移位元件可以被配置为将馈电信号的相位移位到0°和360°之间的任何相位值。

图1B示出了从如图1A所示的平面天线阵列10的第一实施例发射的天线波束方向图。图1B所示的轴分别表示第一线性阵列和第二线性阵列的位置。天线波束方向图具体示出了远场实现的增益值，其中，第一线性阵列位置和第二线性阵列位置处的较暗灰度级指示比其他区域更高的增益。如图1A所示的级联天线阵列被配置为在仰角(垂直)和方位角(水平)平面上以固定的聚焦辐射图进行辐射。

图2A示出了根据本公开的平面天线阵列10的第二实施例的俯视图。平面天线阵列10的第二实施例包括第一线性阵列12和第二线性阵列22，其中，两个阵列以十字形方式布置。第一线性阵列12包括第一组第一辐射元件16和第二组第一辐射元件18，其中，在该实施例中，两组都包括两个贴片天线元件。第二线性阵列22包括第一组第二辐射元件26和第二组第二辐射元件28，其中，两组都包括两个梳状线天线元件。在第一线性阵列12和第二线性阵列22的交点处，设置有公共馈电端口20，该公共馈电端口20被配置为向第一线性阵列12和第二线性阵列22发送馈电信号和/或从第一线性阵列12和第二线性阵列22接收馈电信号。

与公共馈电端口20和第二组第一辐射元件18的最近的贴片天线元件之间的带状线相比，在公共馈电端口20和第一组第一辐射元件16的最近的贴片天线元件之间的带状线延长。事实上，公共馈电端口20和第一组第一辐射元件16的最近的贴片天线元件之间的延长距离，导致馈电信号中的相移，优选为180°。此外，与公共馈电端口20和第二组第二辐射元件28的最近的梳状线天线元件之间的带状线相比，在公共馈电端口20和第一组第二辐射元件26的最近的梳状线天线元件之间的带状线延长。公共馈电端口20和第一组第二辐射元件26的最近的梳状线天线元件之间的延长距离，导致馈电信号的相移，优选为180°。

图2B示出了根据本公开的对应于平面天线阵列10的第二实施例的天线波束方向图。天线波束方向图具体示出了远场实现的增益值，其中，第一线性阵列位置和第二线性阵列位置处的较暗灰度级指示比其他区域更高的增益。与天线阵列的第一实施例的图1B所示的天线波束方向图相比，图2B所示的中心馈电加号形状天线阵列辐射方向图呈现更宽的笔形波束形状辐射方向图。由于带状线中辐射元件的数量减少，平面天线阵列的第二实施例在作为平面天线阵列的第一实施例的相应的辐射平面中，显示出更宽的视角。

图3A示出了根据本公开的平面天线阵列10的第三实施例的俯视图。在该第三实施例中，平面天线阵列10包括第一线性阵列12和第二线性阵列22，其中，第一线性阵列12的辐射元件的数量不同于第二线性阵列22的辐射元件的数量。具体地，第一线性阵列12包括每组辐射元件中的三个辐射元件，第二线性阵列22包括每组中的辐射元件。因此，平面天线阵列10是非对称元件中心馈电天线阵列。阵列配置10中或多或少的辐射元件的设置允许固定的频率无关的定制辐射模式。换言之，通过切换阵列配置中辐射元件的数量，可以获得固定的频率无关的定制辐射图。

图3B示出了根据本公开的对应于平面天线阵列10的第三实施例的天线辐射图。天线辐射图具体示出了远场实现的增益值，其中，第一线性阵列位置和第二线性阵列位置处的较暗灰度级指示比其他区域更高的增益。通过比较图3B的辐射图和图2B的辐射图可以看出，对于第三实施例，第一线性阵列12的辐射平面中的视角更窄。这是由于第一线性阵列中辐射元件的数量对于平面天线阵列的第三实施例高于第二实施例。此外，第一线性阵列比第二线性阵列长。通常，天线元件数量的增加会导致天线孔径的增加，从而导致主波束的角度向天线的宽边倾斜。从图3B可以看出，天线阵列10在水平方向(即方位角方向)提供宽的照明和视角，在垂直方向(即仰角方向)提供窄的照明和视角，其中，第一线性阵列12在仰角方向延伸，第二线性阵列22在方位角方向延伸。辐射/灵敏度图的这种特性在汽车短程或中程应用中特别理想。

图4示出了根据本公开的平面天线阵列10的第四实施例的俯视图。在该实施例中，第一线性阵列12和第二线性阵列22的带状线相对于其上的辐射元件14和24扭曲(例如，与图3A所示的天线阵列相比)。然而，第一线性阵列12和第二线性阵列22之间的角度仍然是90°。梳状线天线元件和第二线性阵列22的带状线之间的角度被配置为45°。这样，第一线性阵列12中的贴片阵列元件和第二线性阵列22中的梳状线元件辐射或接收相同的极化。

一般而言，线性阵列之间的角度不一定需要为90°，也可以更小或更大，例如，在45°和135°之间的范围内。优选地，扭曲的第二线性阵列的辐射元件被扭曲的角度与第二线性阵列相对于第一线性阵列被扭曲的角度相同。

一般而言，平面天线阵列可以包括多于两条的线性阵列。例如，天线阵列可以包括平行布置的两个线性阵列和与所述线性阵列交叉的另一线性阵列，优选地，以垂直方式。此外，天线带状线可以旋转任意角度和/或长度被截断或延长。因此，平面天线阵列可以以星形形式布置。此外，本发明的平面天线阵列拓扑不限于每个阵列一定数量的辐射元件。图1A、图2A、图3A和图4仅示出了使用贴片阵列元件与梳状线元件的组合的中心馈电天线阵列。然而，与SIW(衬底集成波导)缝隙元件或其他天线元件类型的任何组合都是可行的。然而，从天线的线性阵列辐射或由天线的线性阵列接收的电场和磁场的极化应该匹配。否则有信号消除的风险。例如，在两个线性阵列排列成十字形的情况下，第一线性阵列12和第二线性阵列22优选配置为在远场中发射和/或接收相同极化的电磁辐射。换言之，第一线性阵列和第二线性阵列被配置为发送和/或接收关于它们的方位的不同极化的信号。

除此之外，一组辐射元件可以包括辐射元件的两个以上分支。换言之，天线阵列可以包括带状线，该带状线包括多个带状线分支。因此，许多不同的天线拓扑可以用于2D波束控制和波束成形。

图5示出了根据本公开的平面天线阵列10的第五实施例的俯视图。在平面天线阵列10的第五实施例中，第一组第一辐射元件16包括第一辐射元件的两个分支13a和13b，第二组第一辐射元件18包括第一辐射元件的两个分支15a和15b。第一辐射元件的两个分支13a和13b平行设置，并且与从公共馈电端口20延伸的第一组第一辐射元件16的带状线对齐。第二组第一辐射元件18的第一辐射元件的两个分支15a和15b也被设置成彼此平行并且平行于它们所源自的带状线。然而，一般而言，分支可以相对于其起始的带状线旋转任意角度。此外，不同分支的长度可能不同。相应地，分支的长度可以被截断或延长。这也意味着不同分支的辐射元件的数量可能不同。

图6示出了根据本公开的平面天线阵列10的第六实施例的俯视图。在平面天线阵列10的第五实施例中，第一组第一辐射元件16包括第一辐射元件14的两个分支，第二组第一辐射元件18包括第一辐射元件14的两个分支。同样，第一组第二辐射元件26包括第二辐射元件24的两个分支23a和23b，第二组第二辐射元件28包括第二辐射元件24的两个分支25a和25b。图6中描绘的天线阵列10的配置允许将最大数量的辐射元件放在最小的衬底面积上。这最小化了天线孔径并最大化了阵列的天线效率。通过其设置，天线阵列10允许产生圆形波束。通常，将分支分成两个以上子分支，可以级联多次。

图7A示出了x-z平面中单个辐射元件的设置。“Rx”辐射元件是接收天线元件，而以“Tx”表示的天线元件是发射天线元件。在Costas阵列中有十六个“Rx”天线元件和一个“Tx”天线元件。“Rx”和“Tx”辐射元件被配置为分别接收和发射(基本上)相同频率的电磁辐射。“Rx”天线元件被配置为接收之前由“Tx”天线元件发射的信号。一般来说，“Tx”和“Rx”信号之间的微小频率差异可能是由FMCW(调频连续波)雷达应用中的啁啾或多普勒效应引起的。图7A所示的轴有助于识别辐射元件之间的距离。这些轴被归一化为λ/2的网格间距，其中，λ分别表示发射和接收的电磁辐射的波长。

图7B示出了在Costas阵列的每个单独天线由各向同性辐射器表示的情况下的相应天线波束方向图。具体地，图7B示出了天线装置在方位角和仰角上的远场实现的增益值。在图7B的右手侧示出相应的增益标度，其中，以分贝(dB)给出增益。图7B所示的辐射图提供了大约8.5dB的旁瓣抑制。

图8A示出了根据本公开的天线装置100的第一实施例。天线装置100可以用作信号发射器以及接收器。在该实施例中，多个平面天线阵列在一个平面上排列成Costas阵列。平面天线阵列包括贴片天线元件的第一线性阵列和与之垂直的梳状线天线元件的第二线性阵列。

平面天线阵列均提供笔形波束形状，该形状不能电子倾斜。然而，通过在一个平面中设置多个平面天线阵列10，生成了天线装置100，该天线装置100允许在方位角和仰角上的波束成形和波束控制。将天线阵列10设置成Costas阵列，允许使用最小数量的天线阵列10，同时实现天线装置100的最大孔径和分辨率。

在该实施例中，天线阵列10c被配置为发射天线阵列，而所有其他天线阵列被配置为接收天线。虽然一些天线阵列是对称的中心馈电天线阵列，即一些天线阵列在每个带状线中包括相同数量的天线元件，但是Costas阵列中的其他天线阵列是非对称的中心馈电天线阵列。例如，天线阵列10a和10b是非对称的，而阵列10c是对称的。具体地，天线阵列10a的第一组第二辐射元件26a包括单个梳状线天线元件，而第二组第二辐射元件28a包括两个梳状线天线元件。另一方面，天线阵列10b的第一组第二辐射元件26b包括两个梳状线天线元件，而第二组第二辐射元件28b包括单个梳状线天线元件。

特定带状线中的辐射元件数量的减少允许在有限的空间内放置某些天线阵列，并且具体允许根据Costas阵列放置天线阵列。事实上，与图7A所示的单个天线元件的设置相比，当用天线阵列替换每个天线元件时，每个波束可以被聚焦成更尖锐的铅笔形。事实上，利用如图8B所示的天线装置100的第一实施例可实现的天线波束方向图表明，所得到的天线波束比图7B所示的波束聚焦得多。因此，如图8A所示的Costas阵列天线装置100即使对于远距离也允许波束成形和波束控制。通常，为了将天线装置100的天线波束转向不同的方向，平面天线阵列的公共馈电端口可以单独打开和关闭，或者可以控制向哪个馈电端口(例如，仅向一个、两个、三个或全部)提供馈电信号。此外，可选地，可以切换公共馈电端口的输入相位，优选地至少在0°和180°之间。

图8C示出了根据本公开的Costas阵列波束图的截面图。具体地，可以从图8C中导出对应于如图8B所示的天线波束方向图的旁瓣电平和宽度。

一般来说，如果平面天线阵列10之间的空间变得太窄，则单独的带带(或梳状线)可以通过公共馈电端口在水平或垂直轴上是镜像的。事实上，这种翻转可能不会对最终的天线波束产生任何影响。如果天线阵列之间的空间仍然太窄，则可能切割天线阵列的带状线，即截断。事实上，这在图8A中多次示出。例如，位于x位置4*λ和y位置4*λ的天线阵列(即平面天线阵列10a)包括第一组第二辐射元件26a中的截断带状线。如果在公共馈电端口的相对侧(即在第二组第二辐射元件28b中)切割相同数量的元件，则所得的波束方向不会受到影响。然而，由于辐射元件的减少，波束宽度可能会稍微增加。以图8A所示的天线装置100为例，旁瓣约为-19dB°，宽度为+/-16.5°(总共33°)。

在图8A的示例中，天线阵列的中心(即公共馈电端口)对准λ/2的网格光栅。这使得波束能够在仰角和方位角上从-90°转向到+90°。比λ/2更宽的间距可能导致方向性增加。在每个方向(即在每个带状线中)具有四个元件的单个天线阵列可以具有大约33°的波束宽度。这意味着在整个轨道(-90°...+90°)的波束控制是不可取的。增加天线的中心网格光栅可能会将转向能力限制在更小的角度，代价是可能出现栅瓣。栅瓣可能在角度域生成模糊。单独天线的波束宽度和栅瓣出现的角度可能必须对齐。增加天线中心网格间距也可以放宽两个单独天线之间的狭窄空间。

一般来说，关系

成立，其中，d为天线间距，θ_max为最大转向角。在八贴片或梳状线(每个线性阵列具有四个)元件的情况下，θ_max等于33°或+/-16.5°。因此，d＝λ*0.78。

图9A示出了根据本发明的天线装置100的第二实施例。天线装置100包括布置成Costas阵列的多个平面天线阵列。该实施例中的天线间距网格是λ*0.86。该实施例的天线阵列都不包括被切割的带状线。事实上，图9A中所示的每个天线阵列是对称的八天线元件阵列。图9B示出了用天线装置100的第二实施例可实现的天线波束方向图，图9C示出了对应于图8B所示的天线波束方向图的旁瓣电平和宽度的测量。具体地，图8B和图8C示出了第二实施例允许生成非常尖锐的笔形波束。

在装置100中可以使用多个发射天线阵列，而不是仅使用单个“Tx”天线阵列。因此，装置的波束可以在方位角和仰角上预成形。如果在装置100中使用了多个“Tx”天线阵列，则可以将波束转向到感兴趣的区域，例如，在汽车应用的情况下转向到弯道中。

图10示出了根据本公开的天线装置100的第三实施例的俯视图。虽然在如图8A和图9A所示的天线装置的第一和第二实施例中，所有第一线性阵列和所有第二线性阵列分别平行设置，但是第三实施例的一些平面天线阵列相对于其余阵列旋转。例如，天线阵列10a的第一线性阵列12a相对于天线阵列10c的第一线性阵列12c旋转45°。同样，天线阵列10b的第一线性阵列12b旋转45°。然而，阵列10b相对于阵列10a的旋转方向，反向旋转。通过旋转天线阵列，其第一线性阵列和第二线性阵列都旋转，然而，所有线性天线阵列的贴片天线元件和梳状线天线元件分别平行设置。这保证了天线装置100中所有元件的极化是相同的。

图11示出了根据本公开的示例性汽车雷达系统200的应用示例。具体地，图10示出了包括两个雷达传感器100a和100b的汽车雷达系统，其中，每个雷达传感器包括多个平面天线阵列。汽车雷达系统允许在长距离(即100米以上的距离上)在方位角和仰角方向上进行波束成形和波束控制。因此，山顶、山谷或弯道中的物体可能会被及早发现。

在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，不定冠词“一(a)”或“一个(an)”不排除多个。单个元件或其他单元可以实现权利要求中列举的多个项的功能。在相互不同的从属权利要求中引用某些措施这一事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。

就本公开的实施例已经被描述为至少部分地由软件控制的数据处理设备来实现而言，应当理解，承载这种软件的非暂时性机器可读介质(例如，光盘、磁盘、半导体存储器等)也被认为表示本公开的实施例。此外，这种软件也可以以其他形式分发，例如，经由互联网或其他有线或无线电信系统。

所公开的装置、设备和系统的元件可以由相应的硬件和/或软件元件实现，例如，专用电路。电路是电子元件的结构组合，包括常规电路元件、集成电路(包括专用集成电路)、标准集成电路、专用标准产品和现场可编程门阵列。此外，电路包括根据软件代码编程或配置的中央处理单元、图形处理单元和微处理器。电路不包括纯软件，尽管电路包括上述执行软件的硬件。

下面是所公开主题的进一步实施例的列表：

1.一种平面天线阵列(10)，包括：

第一线性阵列(12)，包括第一组第一辐射元件(14)和第二组第一辐射元件(14)，

第二线性阵列(22)，包括第一组第二辐射元件(24)和第二组第二辐射元件(24)，以及

公共馈电端口(20)，用于向第一线性阵列(12)和第二线性阵列(22)发送馈电信号和/或从第一线性阵列(12)和第二线性阵列(22)接收馈电信号，

其中，第一线性阵列(12)和第二线性阵列(22)相交，并且其中，公共馈电端口(20)设置在第一线性阵列(12)和第二线性阵列(22)的交点处。

2.根据实施例1限定的平面天线阵列(10)，

其中，第一线性阵列(12)基本上垂直于第二线性阵列(14)设置。

3.根据实施例1或2限定的平面天线阵列(10)，

其中，公共馈电端口(20)设置在第一组第一辐射元件(16)和第二组第一辐射元件(18)之间、以及第一组第二辐射元件(26)和第二组第二辐射元件(28)之间。

4.根据前述实施例中任一项限定的平面天线阵列(10)，

其中，第一线性阵列(12)的第一辐射元件(14)和第二线性阵列(22)的第二辐射元件(24)被配置为在远场中发射和/或接收相同极化的电磁辐射。

5.根据前述实施例中任一项限定的平面天线阵列(10)，

其中，第一线性阵列(12)被配置为发射和/或接收与其方位不同的极化信号，并且其中，第二线性阵列(22)被配置为发射和/或接收与其方位相同的极化信号。

6.根据实施例1至5中任一项限定的平面天线阵列(10)，

其中，第一线性阵列(12)被定向为发射和/或接收水平极化的信号，并且其中，第二线性阵列(22)被定向为发射和/或接收垂直极化的信号，和/或

其中，第一线性阵列(12)被定向为发射和/或接收顺时针圆极化的信号，并且其中，第二线性阵列(22)被定向为发射和/或接收逆时针圆极化的信号。

7.根据前述实施例中任一项限定的平面天线阵列(10)，其中，第一线性阵列(12)比第二线性阵列(22)长。

8.根据前述实施例中任一项限定的平面天线阵列(10)，其中，第一辐射元件(14)的数量高于第二辐射元件(24)的数量。

9.根据前述实施例中任一项限定的平面天线阵列(10)，

其中，第一辐射元件(14)包括第一类型的天线元件，并且其中，第二辐射元件(24)包括第二类型的天线元件，其中，第一类型的天线元件不同于第二类型的天线元件。

10.根据实施例9限定的平面天线阵列(10)，

其中，第一类型的天线元件和第二类型的天线元件包括任何类型的2D平面天线元件，具体是贴片天线元件、缝隙波导元件、衬底集成波导元件、梳状线天线元件、偶极天线元件和环形元件中的任一项。

11.根据前述实施例中任一项限定的平面天线阵列(10)，

还包括公共馈电端口(20)和第一组第一辐射元件(16)之间的第一相移元件(30)、和/或公共馈电端口(20)和第一组第二辐射元件(26)之间的第二相移元件(32)。

12.根据实施例11限定的平面天线阵列(10)，

其中，第一相移元件(30)和/或第二相移元件(32)被配置为将馈电信号的相位偏移180°。

13.根据实施例11或12限定的平面天线阵列(10)，

其中，第一相移元件(30)和/或第二相移元件(32)包括预定长度的带状线元件。

14.根据前述实施例中任一项限定的平面天线阵列(10)，

其中，至少第一组第一辐射元件(16)包括第一辐射元件两个或两个以上分支(13a、13b)，和/或其中，至少第一组第二辐射元件包括两个或两个以上分支(23a、23b)。

15.根据实施例14限定的平面天线阵列(10)，

其中，第一辐射元件的两个或两个以上分支(13a、13b)和/或第二辐射元件的两个或两个以上分支(23a、23b)平行设置。

16.根据前述实施例中任一项限定的平面天线阵列(10)，

其中，公共馈电端口(20)非对称地设置在第一组第一线性阵列和第二组第一线性阵列的相邻第一辐射元件之间，和/或非对称地设置在第一组第二线性阵列和第二组第二线性阵列的相邻第二辐射元件之间。

17.一种天线装置(100)，包括根据前述实施例中任一项限定的多个平面天线阵列(10)，其中，多个平面天线阵列(10)设置在一个平面中。

18.根据实施例17限定的天线装置(100)，

还包括信号源，用于生成多个馈电信号，并将馈电信号提供给平面天线阵列(10)的公共馈电端口(20)。

19.根据实施例17或18限定的天线装置(100)，

其中，平面天线阵列(10)的公共馈电端口(20)设置在栅格上，栅格间距对应于发射和/或接收的电磁辐射的波长的一半。

20.根据实施例17至19中任一项限定的天线装置(100)，

其中，平面天线阵列(10)排列成Costas阵列。

21.根据实施例17至20中任一项限定的天线装置(100)，

其中，至少两个平面天线阵列(10)的第一线性阵列(12)彼此平行，和/或其中，至少两个平面天线阵列(10)的第二线性阵列(22)彼此平行。

22.根据实施例17至21中任一项限定的天线装置(100)，

其中，对于至少两个平面天线阵列(10)，第一组第一辐射元件和第二组第一辐射元件的第一辐射元件(14)的数量不同，和/或第一组第二辐射元件和第二组第二辐射元件的第二辐射元件(24)的数量不同。

23.根据实施例22限定的天线装置(100)，

其中，多个平面天线阵列(10)的第一组第一辐射元件(16)的第一辐射元件(14)的总数等于第二组第一辐射元件(18)的第一辐射元件(14)的数量，并且其中，多个平面天线阵列(10)的第一组第二辐射元件(26)的第二辐射元件(24)的总数等于第二组第二辐射元件(28)的第二辐射元件(24)的数量。

24.一种汽车雷达系统(200)，包括至少一个雷达传感器(150a、150b)，其中，雷达传感器包括多个根据实施例1至14中任一项限定的平面天线阵列(10)和/或根据实施例15至21中任一项限定的天线装置。