[发明专利]一种基于可重构全息超表面的毫米波雷达及探测方法

说明书

本发明涉及一种基于可重构全息超表面的毫米波雷达及探测方法，毫米波雷达包括：控制器和可重构全息超表面；RHS包括平行板波导、N个馈源和M个带有液晶的超材料辐射单元，N个馈源阵列和M个超材料辐射单元均设置在平行板波导上，控制器分别与各液晶和各馈源连接；利用控制器控制液晶的偏置电压调节超材料辐射单元的电磁波幅值；利用超材料辐射单元接收发射信号遇到各目标后返回的回波信号；利用控制器优化并确定雷达探测结果。本发明基于RHS辅助下构建毫米波雷达，使雷达探测性能达到最大化。另外RHS采用电控制的方式能够达到动态多波束控制效果，特别适用于多目标雷达探测，有效降低毫米波雷达的成本。

技术领域

本发明涉及毫米波雷达设计领域，特别是涉及一种基于可重构全息超表面的毫米波雷达及探测方法。

背景技术

在虚拟现实、无人驾驶等应用的需求推动下，定位和感知成为未来无线网络的重要功能。毫米波雷达是一种新兴的定位和感知技术。由于在精度和鲁棒性上的优势，毫米波雷达在上述虚拟现实以及无人驾驶等应用中得到了越来越广泛的应用，正在逐渐成为未来无线网络必不可少的一项关键技术。

现有的毫米波雷达一般有两种实现方式。一种是利用反射面天线进行雷达信号的收发，而另一种是利用相控天线阵进行雷达信号的收发。两者的区别在于，反射面天线利用反射面汇聚波束实现较高的天线增益，结构简单，成本比较低。但是由于采用空间馈电方式，天线体积比较大。另外为了探测不同方向的雷达目标，需要对反射面天线进行机械转动，探测速率受到限制。而相控阵天线利用调节不同天线单元的相位差来实现较高的天线增益，探测不同方向的目标时不需要进行机械转动。但是相控电路的结构非常复杂，成本高，功耗大。

为了同时实现小体积、低功耗、低成本的毫米波雷达，需要更经济高效的天线技术。在现有的天线技术中，全息天线作为一种小尺寸、低功耗的平面天线，以其低制造成本和低硬件成本的多波束控制能力受到越来越多的关注。具体地说，全息天线利用金属贴片在表面构建全息图案，根据干涉原理记录参考波和目标波之间的干涉，参考波的辐射特性可以通过全息图案来改变，以产生所需的辐射方向。然而，传统的全息天线有辐射特性固定的缺陷。为了探测不同方向的目标，需要对全息天线进行机械转动，增加了雷达的成本。

新兴的RHS技术显示出具大的潜力，RHS是一种超轻薄的平面天线，天线表面嵌有许多超材料辐射单元。具体而言，由天线馈源产生的参考波以表面波的形式激励RHS，使得基于印刷电路板(PCB)技术制造的拥有紧凑结构的RHS成为可能。根据全息图案，每个辐射单元可以通过电控制参考波的辐射幅度来产生所需的辐射方向。与传统的反射面天线和相控阵天线相比，RHS无需重型机械运动装置和复杂的移相电路就可以实现动态波束成形，可以大大节省天线制造成本以及功率损耗，同时其轻薄的结构也十分便于安装。但现有RHS的研究工作大致集中于RHS硬件组件设计和辐射方向控制上。然而，大多数研究仅证明了RHS实现动态波束控制的可行性，目前还没有工作研究基于RHS辅助下构建毫米波雷达，以使雷达探测性能达到最大化的技术方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于可重构全息超表面的毫米波雷达及探测方法，以实现基于RHS辅助下构建毫米波雷达，以使雷达探测性能达到最大化。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于可重构全息超表面的毫米波雷达，所述毫米波雷达包括：控制器和可重构全息超表面RHS；所述RHS包括平行板波导、N个馈源和M个带有液晶的超材料辐射单元，N个所述馈源设置在所述平行板波导上，M个所述超材料辐射单元设置在所述平行板波导上，其中，M与N均为大于1的正整数，且M大于N；所述控制器分别与各所述液晶和各所述馈源连接；

所述馈源用于发送电磁波；

所述平行板波导用于以表面波的形式传播所述电磁波，传播至所述超材料辐射单元；

所述控制器用于控制所述液晶的偏置电压，以使调节各所述超材料辐射单元的电磁波的幅值；所述控制器还用于优化并确定雷达探测结果；