[發明專利]基于能量選擇表面的車載毫米波雷達強電磁脈沖防護裝置

在審

• 申請號: 202111365314.8
• 申請日: 2021-11-17
• 公開（公告）號: CN114089283A
• 公開（公告）日: 2022-02-25
• 發明（設計）人: 燕學智;喬露;孫鐵剛;周一豐;陳建;孫曉穎;趙昱;楊宗諭;李傳鑫;申士杰
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01S7/02
• 分類號: G01S7/02;H01Q1/48;H01Q21/00;H01Q1/42
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 魏征驥

本發明涉及一種基于能量選擇表面的車載毫米波雷達強電磁脈沖防護裝置，屬于強電磁脈沖防護領域。包括基于能量選擇表面的強電磁脈沖天線防護罩，所述基于能量選擇表面的強電磁脈沖天線防護罩，包括介質基板、帶通頻率選擇表面、表貼在帶通頻率選擇表面的PIN二極管。本發明優點是采用能量選擇表面對車載毫米波雷達進行電磁防護，當電磁波能量小于安全閾值時可以在24GHz的通帶內正常傳輸，當電磁波能量大于安全閾值時通過工作頻帶搬移使得車載毫米波雷達對強電磁脈沖防護效能達到最大，能有效防護高空核電磁脈沖、高功率微波等強電磁脈沖對車載毫米波雷達的干擾毀傷。

技術領域

本發明涉及強電磁脈沖防護領域，尤其涉及一種基于能量選擇表面的24GHz車載毫米波雷達強電磁脈沖防護裝置。可實現對24GHz車載毫米波雷達在強電磁脈沖干擾下的電磁防護，保護24G車載毫米波雷達天線陣列，提高其抗干擾能力和穩定性，可應用于軍事戰斗車輛及執行特殊任務的民用車輛。

背景技術

車載毫米波雷達通過天線向外發射毫米波，接收目標反射信號，經后方處理后快速準確地獲取汽車車身周圍的物理環境信息(如汽車與其他物體之間的相對距離、相對速度、角度、運動方向等)，然后根據所探知的物體信息進行目標追蹤和識別分類，進而結合車身動態信息進行數據融合，最終通過中央處理單元(ECU)進行智能處理。經合理決策后，以聲、光及觸覺等多種方式告知或警告駕駛員，或及時對汽車做出主動干預，從而保證駕駛過程的安全性和舒適性，減少事故發生幾率。車載毫米波雷達分配的頻段各有不同，但主要集中在24GHz和77GHz。利用毫米波雷達可以實現自適應巡航控制(Adaptive CruiseControl)，前向防撞報警(Forward Collision Warning)，盲點檢測(Blind SpotDetection)，輔助停車(Parking aid)，輔助變道(Lane change assistant)，自主巡航控制(ACC)等高級駕駛輔助系統(ADAS)功能。其中24GHz雷達系統主要實現近距離探測(SRR)，而77GHz系統主要實現遠距離的探測(LRR)。

頻率選擇表面(Frequency Selective Surface，FSS)是由眾多相同單元組成的二維周期性陣列結構，由周期性排列的金屬貼片單元或在金屬屏上周期性排列的孔徑單元構成，這種表面可以對在單元諧振頻率附近的入射電磁波實現明顯抑制或較小損耗的傳輸特性。將FSS安裝于天線前端后，當對應頻段的強電磁脈沖照射到天線時，FSS的周期性結構呈現低阻抗狀態，對入射的大部分強電磁脈沖進行反射，只有小部分會通過天線耦合進入天線后端，保證天線后端敏感設備不會受損，而對于工作頻段內的入射電磁波，FSS呈低阻狀態，不會產生反射，從而實現對天線帶外強電磁脈沖的防護。

能量選擇表面(Energy Selective Surface，ESS)允許能量小于安全閾值的電磁波通過，而對能量大于安全閾值的強電磁脈沖進行衰減。ESS是在FSS的基礎上，由FSS的周期性結構以及表貼在周期性結構上的PIN二極管構成。ESS的工作原理是利用高功率微波的強電場效應以及半導體的壓控導電特性，在受到高功率微波輻照時，在ESS上感應出的大電壓使ESS迅速由高阻態變為低阻態，從而對高功率微波進行衰減，起屏蔽作用；而當小能量的電磁波輻照到ESS時，在ESS上感應出的電壓很小，無法使ESS從高阻態轉換到低阻態，從而允許小能量的電磁波順利通過。ESS利用PIN二極管的通斷來改變結構的表面阻抗，從而改變ESS對電磁波的傳輸特性，以達到保護電子設備系統不被高功率微波損壞的目的。

中國汽車研究中心的王文鋒、張悅等人搭建了車載毫米波雷達系統的電磁抗擾測試環境。通過測試結果顯示，在一定強度的場強下，電磁信號會干擾毫米波雷達系統，影響系統及車輛功能。現實環境中，在短波電臺、大型基站等附近均存在類似等級的場強，對智能車輛的安全行駛構成了影響。目前，關于車載毫米波雷達的電磁防護研究比較少，針對車載毫米波雷達受強電磁脈沖干擾缺乏一種有效的防護方法。基于此，本發明重點從電磁防護的角度，運用仿真手段，設計了24GHz毫米波雷天線陣列及一體化能量選擇表面天線罩，實現在復雜電磁環境中使用的目的，避免了發明不可靠，實用性不強的問題。

發明內容