[发明专利]用于雷达感测的可调介电超材料透镜装置

说明书

一种用于雷达感测的可调介电超材料装置(40)，其包括至少一个超材料层(42)、多个导电电极(52、58)和多个导电控制线(60)。超材料层(42)包括包含可调材料的多个介电共振器(46)，其中可调材料的至少一个电磁特性随施加到其上的外部可控电场而变化。两个不同的导电电极(52、58)分别以间隔的方式布置在介电共振器(46)中的任何一个上，以覆盖介电共振器(46)。导电控制线(60)被配置用于控制要施加到可调材料上的电场，其中每个导电线(60)被电连接到导电电极(52、58)。对于至少两个介电共振器(46)而言，布置在同一层中以覆盖所述至少两个介电共振器(46)的导电电极(52、58)彼此不同。

技术领域

本发明涉及一种用于雷达感测的可调介电超材料装置，特别是用于机动车应用中的可调介电超材料装置，以及包括这种可调介电超材料装置的雷达装置。

背景技术

本领域中已知在外部机动车应用(例如驾驶员辅助系统)中采用雷达技术，以通过适当警告(例如易损的道路使用者检测系统，车道变更辅助系统或盲点监控系统)促进车辆驾驶员的优化反应，或者甚至通过自动接管车辆的控制(例如在防撞系统中)，从而提供改进的安全性。最常见的外部机动车额定设备以大约24GHz或大约77GHz的状态的雷达载波频率运行。

例如，在机动车领域中，短程和远程雷达系统通常是分开的。短程雷达系统(例如盲点监视系统或停车辅助)需要覆盖宽立体角但其最大检测范围很短的天线波束。相比之下，远程雷达自适应巡航控制(ACC)或碰撞前预警系统被设计用于在高达200m的范围内进行检测，仅观察到非常有限的立体角(图1)。通过能够在操作期间调整波束宽度的天线，短程和远程雷达可以有利地组合到一个系统中。

在图1中示出了典型情况。设计为乘用车的车辆2使用雷达系统，该雷达系统安装在车辆2的前部区域4处，并且沿车辆2的正常行驶方向朝包括具有多个车道的道路8在内的场景发射雷达波。雷达系统配置为在检测模式下用短程雷达视场12、中程雷达视场14或远程雷达视场16检测即将到来的障碍物或其它车辆6和/或平行交通。

能够修改波束图案或波束方向的可重构天线系统在雷达感测以及电信中正受到相当大的关注。许多应用将从具有可以在操作期间适应应用的需求的波束特性的收发器系统受益。

已经提出从雷达状态到电磁波的光学状态使用可重构且可调的超材料，例如用于修改雷达系统的波束图案或波束方向。Jeremiah P.Turpin等人在International Journalof Antennas and Propagation(《天线与传播国际杂志》)，2014年卷，ID 429837条的“Reconfigurable and Tunable Metamaterials:A Review of the Theory andApplications(可重构且可调的超材料：理论和应用的评论)”一文中给出了应用评论。这篇文献全文以引用方式并入，对允许通过引用方式并入的司法管辖区有效。

在该文中，超材料被描述为通常排列为规则晶格的远亚波长(＜λ/10)共振结构的集合。它们的特征是对于块状3D结构具有有效材料参数，或对于平面2D结构具有有效表面阻抗。实际上，术语“超材料”适用于任何亚波长共振器，无论是处于集合中还是作为单个结构。

专利US 7,218,285 B2描述了用于辐射雷达信号、通信信号或其它类似信号的系统和方法。在一个实施例中，一种系统包括产生控制信号的控制器和耦合到该控制器的天线。该天线包括：基于所产生的控制信号来产生至少一个波的第一部件；以及位于距第一部件一定的预定焦距处的超材料透镜。超材料透镜引导所产生的至少一个波。术语“超材料”被定义为负折射率材料。以此方式，可以形成具有相对小的焦距的天线，从而允许以比常规扫描透镜天线小的总包装来制造该天线，而不需要额外的复杂性或展现通常量的球差。