[发明专利]车流量检测雷达天线的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子信息和智能交通领域，提出一种公路交通车流量检测雷达天线的设计方法。

技术背景

交通流量检测在交通智能化管理和道路规划建设方面有重要需求。传统的植入式车流量检测器由于多方面的缺点正在被非植入的雷达检测器所取代。国内外都有厂商发布了这方面的产品信息。有代表性的车流量检测雷达有：美国Wavetronix公司生产的SmartSensor HD Model 125，工作频率24—24.25GHz，天线高低向3dB波束宽度65⁰，方位向3dB波束宽度7⁰；加拿大EIS公司生产的RTMS雷达，工作频率10.525GHz，天线高低向3dB波束宽度45⁰，方位向3dB波束宽度15⁰。深入分析这些雷达天线指标以后可以看出，这些指标对于应用要求而言并不完全合理。简单地说，这些天线的波束宽度太宽。此外，这些天线的设计方案也存在缺点。本发明的目的是(1)提出一个论证方法，用来确认最合理的天线方向性指标；(2)提出一个设计方法，可以产生出一个高性能、低价格和小尺寸的天线设计；(3)提出一个设计结果，可以具体体现本发明的方法。

发明内容

(1)车流量检测雷达天线高低向方向性的优化论证

车流量检测雷达通常采用调频连续波(FMCW)测距方式进行工作。图1是雷达照射区域示意图。图中AB表示雷达照射的公路总宽度，它包括了双向的各个车道。A和B表示照射的最远点和最近点。h表示雷达的挂高，O点是雷达所处的位置。天线高低向方向图的最佳图样应该这样来决定：当雷达发射功率恒定时，同一个目标处于B到A的连线上任何位置处，雷达接收信号功率保持不变。令人遗憾的是，准确遵循这一原则将导致一个高成本的天线设计和实现。低价雷达必须基于容易实现的技术。基于辐射单元(微带辐射单元、波导缝隙、电或磁偶极子等)的阵列天线综合技术可能提供一个不必是最佳，但工程上更合理的低价设计。其中，微带阵列天线可以达到低价格、小尺寸和高性能的综合目标。天线理论和实践证明，一大类规则天线主办的形状都可以用sinc函数来近似描述，这个结果完全适用于微带天线和微带阵列天线。当雷达使用这种天线时，天线波束主办的最大方向指向A。一个符合工程实际的设计原则是，天线高低向的波束宽度应足够宽，使得可以覆盖AB上的任何一点，并保证这些点上目标反射回雷达的信号电平不低于目标处于A点反射回雷达的信号电平。同时，高低向波束宽度应足够窄，保证在AB区域以外的辐射达到尽量小。波束宽度为θ_EL的天线高低向方向性函数可以近似表达

FEL(θ)=sin(0.8862·πθ/θEL)0.8862·πθ/θEL---(1)]]>

为了满足设计原则的第一点，需要设计天线，保证

θ_cross>2α                               (2)

这里θ_cross是天线主波瓣的过零点宽度，α是直线OA和OB的夹角；同时需要满足条件

F_EL²(α)≥(L_OB/L_OA)⁴，                    (3)