Brevet FR2763397A1 — publié le 19981120

La présente invention concerne un radar de détec- tion pour véhicule automobile comme ceux utilisés par exemple dans le cadre d'un système automatique de contrôle de dis- tance ou pour une régulation adaptative de la vitesse de cir- culation, comprenant un dispositif d'antenne formé d'un moyen de focalisation et d'au moins trois éléments d'excitation qui forment en liaison avec le moyen de focalisation, au moins trois lobes d'antennes qui se chevauchent toutefois partiel- lement, et qui peuvent être reliés de manière commutée ou permanente au premier circuit d'émission et/ou réception du radar. Etat de la technique Un tel radar de détection est par exemple connu selon le document WO 97/02496. Ce document décrit un radar de détection FMCW monostatique pour un véhicule, servant à la détection d'objets. Ce radar a une alimentation d'antenne avec une lentille diélectrique servant à la fois pour l'émission et la réception d'un signal d'écho correspondant. Selon un exemple de réalisation, ce radar de détection com- porte trois alimentations d'antenne utilisées chacune pour l'émission et la réception. De plus, chacune des trois ali- mentations d'antenne est reliée au circuit d'émission et de réception par un aiguillage d'émission/réception. De là, cha- cune des trois alimentations d'antenne est reliées par l'aiguillage émission/réception à un circuit de commutation à la suite d'émission/réception. L'aiguillage émission/récep- tion se présente sous la forme d'un coupleur en anneau. Ce radar de détection ainsi décrit est un radar de détection à trois faisceaux permettant de définir une position angulaire d'objectif radar détecté. Le développement d'un tel radar de détection aboutit à la difficulté suivante: Pour obtenir la résolution angulaire nécessaire pour attribuer aux objets détectés des voies de circulation séparées, il faut que les lobes d'antenne correspondant aux différentes alimentations d'antenne soient relativement étroits. Mais cela présente l'inconvénient qu'un objet comme par exemple un véhicule circulant en amont, sur une voie de circulation voisine, à une distance relativement faible de- vant le véhicule équipé d'un tel radar de détection, ne peut que difficilement être détecté, voire ne pas l'être du tout. Ainsi, à titre d'exemple, avec un radar de détection présen- tant une plage angulaire d'observation 5 , un véhicule cir- culant en parallèle sur une voie de circulation voisine et à un écartement latéral de 1 m, ne sera détecté qu'à une dis- tance de 15 m. De ce fait, il est souhaitable d'augmenter l'angle d'observation d'un tel radar de détection dans la zone proche. Pour cela, on peut envisager différentes possi- bilités mais chacune d'elle présente des inconvénients. Ain- si, un étalement de la plage angulaire d'observation par un élargissement des lobes d'antenne ou un étalement des lobes d'antenne détérioraient la résolution angulaire possible et réduiraient la portée de la détection. L'utilisation d'autres lobes d'antenne supplémen- taires se traduit par un coût plus élevé à cause des circuits de traitement de signaux, supplémentaires. La même remarque s'applique à un basculement mécanique ou électronique des lo- bes d'antenne existants. Une autre possibilité consiste à utiliser un système de lentille à correction de forme. Dans ce cas, grâce à une mise en forme appropriée de la surface de la lentille, on peut générer un diagramme d'antenne avec une grande liberté de forme. Mais l'inconvénient de telles len- tilles est d'être beaucoup plus épaisses que les lentilles d'antenne usuelles. Elles sont donc plus lourdes et présen- tent des pertes plus importantes. En outre, une correction de forme n'est possible que pour une seule alimentation de l'antenne. Pour les autres lobes d'antenne d'un système de radar à plusieurs faisceaux, on aura une détérioration des caractéristiques. De plus, un tel système de lentille est très sensible vis-à-vis des tolérances mécaniques en particu- lier lorsqu'on monte un tel radar de détection dans un véhi- cule automobile. Les difficultés évoquées ci-dessus pour détecter des véhicules circulant latéralement, même dans la zone pro- che, sont encore accentuées d'un côté si le radar de détec- tion n'est pas monté sur le véhicule au milieu dans son axe longitudinal. Par exemple un tel radar de détection, monté sous le projecteur avant droit d'un véhicule, augmente la zone aveugle du côté gauche du véhicule. Problème, solution et avantages de l'invention La présente invention a pour. but de développer un radar de détection de véhicule dont la plage angulaire d'observation dans la zone proche puisse être étendue de ma- nière simple et peu coûteuse ou dont la plage angulaire d'observation dans la zone proche puisse être élargie en cas de besoin d'une manière simple et peu coûteuse. Cela est no- tamment nécessaire pour utiliser un radar de détection selon l'invention sur différents types de véhicules. De plus, l'étalement ainsi réalisé ne doit pas influencer ni détério- rer les propriétés actuelles du radar de détection comme par exemple la résolution angulaire, la portée ou le rendement. A cet effet l'invention concerne un radar de dé- tection du type défini ci-dessus, caractérisé par: - au moins un autre élément d'excitation branché en paral- lèle, directement sur l'un des premiers éléments d'excitation, et - ces éléments d'excitation reçoivent leurs signaux en commun d'un seul et même circuit d'émission ou fournissent les si- gnaux au même circuit de réception. Selon un développement préférentiel de l'invention, l'autre élément d'excitation est relié par un diviseur de puissance au premier élément d'excitation et le diviseur de puissance est conçu pour qu'en cas d'émission, l'autre élément d'excitation reçoive une partie plus faible de la puissance et le premier élément d'excitation une partie plus grande la puissance. Selon l'invention, on obtient ainsi un radar de détection de véhicule comprenant une antenne formée d'un moyen de focalisation et d'au moins deux éléments d'excitation qui forment en combinaison avec le moyen de fo- calisation, un diagramme d'antenne ayant au moins deux lobes principaux se chevauchant partiellement dans tous les cas, au moins l'un des lobes principaux présentant un épaulement sur un flanc. Cet épaulement est à un niveau d'amplitude telle- ment haut pour que le premier passage à zéro dans le dia- gramme de l'antenne soit rempli. De préférence, ce niveau est supérieur à l'amplitude maximale que le plus grand lobe auxi- liaire atteint dans le diagramme d'antenne. Par ailleurs, cet épaulement est de préférence inférieur au niveau 3 dB des lo- bes principaux du diagramme de l'antenne. La hauteur du ni- veau d'amplitude de l'épaulement est définie entre autres par le rapport de division du diviseur de puissance selon l'invention. Suivant d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention: - les éléments d'excitation sont au moins approximativement disposés suivant une rangée et l'autre élément d'excitation se trouve au début ou à la fin de cette rangée. - l'autre élément d'excitation est à la distance du premier élément d'excitation branché en parallèle sur celui-ci, et cette distance est au moins suffisamment grande pour que l'autre élément d'excitation se trouve à l'extérieur de l'angle d'ouverture à 3 dB du lobe principal du premier élément d'excitation. - la distance entre l'autre élément d'excitation et le pre- mier élément d'excitation branché en parallèle soit supé- rieure à la distance entre le premier élément d'excitation et le premier élément d'excitation, voisin. - au moins deux autres éléments d'excitation dont toutefois au moins un est sans liaison électrique avec le premier élément d'excitation. - les éléments d'excitation et leur ligne d'alimentation sont réalisés selon la technique des guides d'ondes à rubans. L'invention concerne également un radar de détec- tion de véhicule à plusieurs faisceaux comprenant un disposi- tif d'antenne formé d'un moyen de focalisation et d'au moins trois éléments d'excitation qui, en liaison avec le moyen de focalisation, forment un diagramme d'antenne ayant au moins trois lobes principaux qui se chevauchent partiellement dans tous les cas. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - au moins l'un des lobes principaux comporte un épaulement sur un flanc. - l'épaulement se situe à un niveau d'amplitude plus élevé que l'amplitude maximale du plus grand lobe secondaire. - l'épaulement se situe à au moins.3 dB en dessous de l'amplitude maximale du lobe principal. - les lobes principaux sont disposés en rangée et l'épaulement se trouve sur le côté extérieur d'un lobe principal extérieur. L'avantage du système de radar selon l'invention est d'étendre la plage angulaire d'observation dans la zone proche, par des moyens simples et peu coûteux. Cela permet d'adapter facilement un radar de détection selon l'invention à différents types de véhicules. Un autre avantage du radar de détection selon l'invention est que, pour une même puis- sance d'émission, la portée du capteur n'est réduite que de manière négligeable. Inversement, il suffit d'une puissance d'émission, relevée de manière négligeable pour avoir la même portée que celle d'un radar de détection du type défini dans le préambule. Par rapport à l'utilisation d'un système de lentille à correction de forme, le radar de détection selon l'invention est beaucoup moins sensible aux tolérances méca- niques. Description des exemples de réalisation La présente invention sera décrite ci-après à l'aide d'exemples de réalisation représentés schématiquement dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 montre un schéma de principe d'un radar de dé- tection selon l'état de la technique, - la figure 2 montre un diagramme d'antenne d'un radar de dé- tection selon l'état de la technique, -la figure 3 montre une structure de conducteurs en rubans d'un dispositif selon l'invention pour les éléments d'excitation, - la figure 4 montre un diagramme d'antenne du radar de dé- tection selon l'invention. La figure 1 représente un schéma de principe d'un radar de détection du type concerné, correspondant à l'état de la technique. Le radar est logé dans un boîtier 10 compact monté dans un véhicule automobile et comprenant un dispositif d'antenne formé d'une lentille diélectrique 11 et de trois éléments d'excitation 12. En liaison avec la lentille diélec- trique, chacun des trois éléments d'excitation 12 forme un lobe d'antenne 13, 14, 15. Les lobes 13, 14, 15 sont juxtapo- sés et ne se chevauchent que partiellement. En commutant sé- quentiellement entre les différents lobes d'antenne ou par une comparaison d'amplitude et/ou de phase entre les signaux de réception des différents lobes d'antenne, on peut définir la position angulaire de la cible radar, détectée. De tels procédés sont connus de manière générale selon l'état de la technique. La figure 2 montre un diagramme d'antenne calculé pour un radar de détection du type défini ci-dessus et cor- respondant à l'état de la technique. En abscisses, symétri- quement à l'axe central, on a indiqué à droite et à gauche des valeurs angulaires au niveau desquelles peut se trouver une cible radar par rapport au radar de détection. En ordon- nées, par rapport à une valeur maximale réglée et en décibels (dB), on a indiqué les amplitudes du diagramme d'antenne ou d'un signal de référence. Une ligne 20 se trouve à 3 dB en dessous de la valeur maximale du diagramme d'antenne. On re- marque clairement trois lobes principaux 21, 22, 23 qui cor- respondent aux lobes d'antenne 13, 14, 15 schématisés à la figure 1. On remarque en outre de nombreux lobes auxiliaires 24 qui existent usuellement dans chaque diagramme réel d'antenne. Les lobes principaux 21, 22, 23 se chevauchent partiellement comme l'indique déjà la figure 1. La figure 3 montre la structure des conducteurs en rubans des éléments d'excitation d'un dispositif selon l'invention. On remarque trois chemins parallèles de signaux 310, 320, 330 alimentés par un diviseur de puissance 302 et une entrée commune 303. Chacun des trois chemins de signaux comprend un premier circuit de traitement de signal 305. Ce- lui-ci se compose de deux coupleurs en anneau 306, 307 pour séparer les signaux d'émission et les signaux de réception ainsi que deux structures de commutation 308. Les structures de commutation 308 comprennent des étages mélangeurs pour un premier traitement des signaux radar reçus. Ainsi, en appli- cation du principe de fonctionnement du radar FMCW, une par- tie des signaux d'émission appliqués à l'entrée 301 est utilisée pour le mélange. Globalement, le circuit 305 combine les fonctions d'un aiguillage d'émission/réception et d'un premier étage mélangeur de réception. Les signaux radar reçus et mélangés peuvent être pris par les structures de circuit 308 de préférence à l'aide de contacts traversants non repré- sentés, sur la face inférieure de ce circuit à guides d'ondes à rubans. Un autre branchement de chacun des circuits de traitement de signal 305 est relié selon l'invention à deux éléments d'excitation 311, 312, 321, 331, 332 branchés direc- tement en parallèle. Ces éléments sont réalisés selon le pré- sent exemple sous forme de pièces disposées suivant une rangée. L'élément principal de l'invention est constitué par les éléments d'excitation 312, 332 à chaque extrémité de la rangée. Ces éléments sont branchés en parallèle, de préfé- rence par les diviseurs de puissance 303, 304, directement aux éléments d'excitation 311, 331 ou au moins ils peuvent être branchés en parallèle. La distance des d2 entre les élé- ments d'excitation 311, 312 ou les éléments d'excitation 331, 332 est de préférence supérieure à la distance d1 entre les éléments d'excitation 311, 321 ou 321, 331. La figure 4 montre à titre d'exemple le diagramme d'antenne d'un système de radar selon l'invention avec un dispositif d'excitation selon la figure 3. On remarque de nouveau les trois lobes principaux 41, 42, 43 ainsi que de nombreux lobes secondaires 44, 46. Selon l'invention, le lobe principal 43 à droite, présente une déformation en forme d'épaulement 45 dont le niveau d'amplitude est supérieur à l'amplitude maximale du plus grand lobe auxiliaire 44. Inver- sement, le niveau d'amplitude de l'épaulement de cet exemple de réalisation se situe à environ 12 dB en dessous de la va- leur maximale du lobe principal 42. Comme cela apparaît, la valeur maximale du lobe principal 43 est elle même en dessous de la valeur maximale des lobes principaux 41, 42. Cela pro- vient du fait qu'une fraction de la puissance d'émission dé- finie par le rapport de division du diviseur de puissance 303 est rayonnée dans ce cas par l'élément d'excitation 312. Comme celui-ci est décalé latéralement par rapport à5 l'élément d'excitation 311, la direction. de rayonnement prin- cipale de l'élément d'excitation 311 émet une puissance plus faible correspondant au rapport de division. De façon imagée, cette partie réduite de la puissance d'émission est utilisée pour former l'épaulement. La réduction de la portée peut le cas échéant être compensée en fournissant au chemin de signal 310, une puissance d'émission plus importante. Etant donné l'importance de la réduction, cela n'est toutefois pas néces- saire dans le présent exemple de réalisation. Selon la signification d'un diagramme d'antenne, cet épaulement 45 conduit à l'étalement de la plage angulaire observée d'un radar de détection selon l'invention vers la droite dans la zone proche par rapport à un radar de détec- tion correspondant à l'état de la technique. Comme déjà indi- qué, cela se fait dans ce cas au prix d'une légère réduction de la portée du lobe principal 43, mais cette réduction est d'important négligeable. L'origine de l'épaulement 45 est l'utilisation, selon l'invention, de l'élément d'excitation supplémentaire 12. Le niveau d'amplitude de l'épaulement et ainsi également la valeur de la diminution de la portée du lobe principal 43 peuvent se régler par le rapport de divi- sion du diviseur de puissance 303. La position de l'épaulement 45 est définie par les dimensions géométriques de l'élément d'excitation 312 par rapport aux autres éléments d'excitation. Le choix de la distance d2 permet de régler la position et l'accentuation de l'épaulement 45. Plus la dis- tance d2 est grande, et plus l'épaulement 45 sera en saillie. En même temps, il y aura une augmentation de la déformation entre le lobe principal 43 et l'épaulement 45 de sorte que l'épaulement 45 fonctionnera alors plutôt comme un lobe se- condaire 44. L'homme du métier trouvera un compromis optimum entre la largeur souhaitée pour le lobe principal 43 y com- pris l'épaulement 45 et un niveau d'amplitude aussi homogène que possible, c'est-à-dire décroissant d'une manière prati- quement monotone dans la zone du flanc du lobe principal. Il est avantageux que la distance d2 soit choisie supérieure à la distance d1 entre les éléments d'excitation 311, 321 et 321, 331. Il est avantageux de choisir la largeur d2 pour que l'élément d'excitation supplémentaire 312, 332 se trouve à l'extérieur de l'angle d'ouverture à 3 dB des lobes princi- paux 43, 41. Suivant le problème posé initialement, on réalise le radar de détection selon l'invention de préférence pour que l'épaulement 45 se trouve du côté extérieur d'un lobe d'antenne extérieur 43. On peut néanmoins envisager également de prévoir un épaulement du côté intérieur d'un ou plusieurs lobes principaux juxtaposés, si l'on veut élargir la " direction de visée " de ces lobes principaux. Le cas échéant, on peut obtenir un épaulement 45 de la manière décrite ci-dessus même pour le second lobe d'antenne extérieur 41. Souvent cela n'est pas nécessaire, notamment si un radar de détection selon l'invention est mon- té à l'avant à droite ou à gauche d'un véhicule automobile. Pour diminuer dans ce cas les moyens à mettre en oeuvre, il est prévu, selon l'invention, que seulement un autre élément d'excitation soit effectivement relié aux circuits d'émission/réception du radar de détection. Cela peut se réa- liser d'une manière peu coûteuse en reliant à la fabrication en série d'un radar de détection, les deux autres éléments de détection 312, 332 aux circuits d'émission/réception du radar de détection et en coupant de nouveau la liaison non utilisée lors du montage final du radar de détection. Cela est indiqué pour le diviseur de puissance 304 de la figure 3. Inverse- ment, on peut laisser les deux éléments de détection 312, 332 tout d'abord sans contact et ne relier le cas échéant, au cours de la dernière étape, par exemple en réalisant une liaison avec les circuits d'émission/réception du capteur. Si le diviseur de puissance comporte par exemple des circuits à diodes PIN, l'épaulement peut se mettre en oeuvre, sélective- ment et le cas échéant pendant le fonctionnement du radar de détection. L'exemple de réalisation présenté ci-dessus per- met d'appliquer l'invention tant à un radar FMCW qu'à un radar impulsionnel. En variante de la structure à guides d'ondes à rubans, représentée et aux éléments en morceaux, on5 peut également réaliser les éléments d'excitation sous la forme de dipôles ou par exemple en technique de guides d'ondes. La même remarque s'applique aux chemins d'alimenta- tion et aux diviseurs de puissance. De plus, par le montage en parallèle de plusieurs autres éléments d'excitation, on peut réaliser plusieurs épaulements échelonnés, avec des ni- veaux d'amplitude différents, de préférence croissants, sur un lobe d'antenne. Cela s'utilise avantageusement pour éclai- rer la zone proche autour du radar de détection d'une manière très large alors que dans la zone éloignée on aura un étale-15 ment relativement étroit. l1 R E V E N D I C A T IONS 1 ) Radar de détection pour véhicule automobile comprenant un dispositif d'antenne formé d'un moyen de focalisation (11) et d'au moins trois éléments d'excitation (12, 311, 321, 331) qui forment en liaison avec le moyen de focalisation, au moins trois lobes d'antennes qui se chevauchent toutefois partiellement, et qui peuvent être reliés de manière commutée ou permanente au premier circuit d'émission et/ou réception du radar, caractérisé par - au moins un autre élément d'excitation (312, 332) branché en parallèle, directement sur l'un des premiers éléments d'excitation, et - ces éléments d'excitation reçoivent leurs signaux en commun d'un seul et même circuit d'émission ou fournissent les si- gnaux au même circuit de réception. 2 ) Radar de détection de véhicule automobile selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que l'autre élément d'excitation est relié par un diviseur de puissance (303, 304) au premier élément d'excitation et le diviseur de puissance est conçu pour qu'en cas d'émission, l'autre élément d'excitation reçoive une partie plus faible de la puissance et le premier élément d'excitation une partie plus grande la puissance. 3 ) Radar de détection de véhicule automobile selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que les éléments d'excitation sont au moins approximativement disposés suivant une rangée et l'autre élément d'excitation (312, 332) se trouve au début ou à la fin de cette rangée. 4 ) Radar de détection de véhicule automobile selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que l'autre élément d'excitation (312, 332) est à la distance d2 du premier élément d'excitation (311, 331) branché en paral- lèle sur celui-ci, et cette distance est au moins suffisam- ment grande pour que l'autre élément d'excitation se trouve à l'extérieur de l'angle d'ouverture à 3 dB du lobe principal du premier élément d'excitation. ) Radar de détection de véhicule automobile selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que la distance (d2) entre l'autre élément d'excitation (312, 332) et le premier élément d'excitation (311, 331) branché en parallèle soit supérieure à la distance (d1) entre le premier élément d'excitation (311, 321, 331) et le premier élément d'excitation, voisin. 6 ) Radar de détection de véhicule automobile selon la reven- dication 1, caractérisé par au moins deux autres éléments d'excitation (312, 332) dont toutefois au moins un (332) est sans liaison électrique avec le premier élément d'excitation. 7 ) Radar de détection de véhicule automobile selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que les éléments d'excitation et leur ligne d'alimentation sont réalisés selon la technique des guides d'ondes à rubans. 8 ) Radar de détection de véhicule à plusieurs faisceaux com- prenant un dispositif d'antenne formé d'un moyen de focalisa- tion (11) et d'au moins trois éléments d'excitation (12, 311, 321, 331) qui, en liaison avec le moyen de focalisation, for- ment un diagramme d'antenne ayant au moins trois lobes prin- cipaux (41, 42, 43) qui se chevauchent partiellement dans tous les cas, caractérisé en ce que au moins l'un des lobes principaux comporte un épaulement (45) sur un flanc. 9 ) Radar de détection de véhicule à plusieurs faisceaux se- lon la revendication 8 caractérisé en ce que l'épaulement se situe à un niveau d'amplitude plus élevé que l'amplitude maximale du plus grand lobe secondaire. 10 ) Radar de détection de véhicule à plusieurs faisceaux se- lon la revendication 8 caractérisé en ce que l'épaulement se situe à au moins 3 dB en dessous de l'amplitude maximale du lobe principal. 11 ) Radar de détection de véhicule à plusieurs faisceaux se- lon la revendication 8 caractérisé en ce que les lobes principaux sont disposés en rangée et l'épaulement se trouve sur le côté extérieur d'un lobe principal exté- rieur.