CN106063036A - 雷达系统的天线装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及雷达系统的天线装置，包括：基板；多个辐射器，其被布置在基板的上表面上；以及多个谐振器，其被布置在基板的下表面上，并且被放置在辐射器之下，该谐振器具有环的形状，环在其上形成有至少一个缝隙。根据本发明，辐射器和谐振器一起运行，从而改进了天线装置的性能。

Description

雷达系统的天线装置
技术领域
本发明涉及雷达系统，并且更加具体地涉及雷达系统的天线装置。
背景技术
一般地，雷达系统已被应用到各种技术领域。此处，将雷达系统安装在车辆上，以便提高车辆的机动性。这样的雷达系统使用电磁波来对关于车辆周围的信息进行检测。进一步，由于车辆使用其运动的信息，所以可以提高车辆的移动效率。为此，雷达系统包括天线装置。亦即，雷达系统通过天线装置来发射和接收电磁波。此处，天线装置包括多个辐射器。此处，以一定的尺寸和形状来形成辐射器。
然而，雷达系统的天线装置具有辐射器的性能不均匀的问题。这是因为环境因素(如损失率)在天线装置中取决于辐射器的位置而不同地发生。此外，雷达系统的天线装置具有以下问题：它仅具有有限的检测范围。由于这一点，对于具有单个天线装置的雷达系统而言，难以在宽的检测范围上对信息进行检测。同样，当雷达系统包括多个天线装置时，雷达系统的尺寸被扩大，并且可能会增加其成本。
发明内容
技术问题
因此，本发明提供一种用于提高雷达系统的运行效率的天线装置。亦即，提供本发明以在雷达系统中获得辐射器的均匀性能。进一步，提供本发明以在不扩大雷达系统的情况下延伸雷达系统的检测范围。
技术方案
用以解决上述问题的根据本发明的雷达系统的天线装置包括：基板；多个辐射器，其被布置在基板的上表面上；以及多个谐振器，其被布置在基板的下表面上，并且被放置在辐射器之下，该谐振器具有环的形状，环在其上形成有至少一个缝隙。
在根据本发明的天线装置中，可以根据预先设立的权重来分别形成多个辐射器。
在根据本发明的天线装置中，谐振器可以具有缝隙，该缝隙被形成在根据与辐射器相对应的权重来确定的位置处。
在根据本发明的天线装置中，谐振器可以具有两条彼此相对的缝隙。
在根据本发明的天线装置中，可以根据辐射器的位置来不同地设立权重。
根据本发明的天线装置可以进一步包括：馈送单元，其被布置在基板的上表面上的辐射器的一侧中。
在根据本发明的天线装置中，辐射器可以包括：耦接单元，其被布置成与馈送单元分离；以及辐射单元，其被连接到耦接单元。
在根据本发明的天线装置中，辐射器可以包括：连接单元，其被连接到馈送器；以及辐射单元，其被连接到连接器。
在根据本发明的天线装置中，谐振器可以围绕辐射单元。
有益效果
根据本发明的雷达系统的天线装置可以具有辐射器(根据其权重分别被形成)，从而获得辐射器的均匀性能。具体地，可以对于每个辐射器获得期望的谐振频率和辐射系数，并且执行阻抗匹配。此外，可以在天线装置中体现各种检测距离。由此，雷达系统可以在仅使用一个天线装置的情况下获得期望的检测范围。换句话说，可以在不扩大雷达系统的情况下扩展雷达系统的检测范围。因此，可以增强雷达系统的性能。进一步，可以减少雷达系统的生产成本。
附图说明
图1是图示了根据本发明的第一实施例的雷达系统的天线装置的平面图。
图2是图示了沿图1中的线A-A’截取的横截面的横截面视图。
图3是图示了图1中的B区域的放大图。
图4是图示了图1中的B’区域的放大图。
图5是图示了根据本发明的第二实施例的雷达系统的天线装置的平面图。
图6是图示了沿图5中的线C-C’截取的横截面的放大横截面视图。
图7是图示了图5中的D区域的放大图。
图8是图示了图5中的D’区域的放大图。
图9是图示了根据本发明的第二实施例的雷达系统的天线装置中的谐振器的变型的平面图。
图10是用于说明根据本发明的实施例的天线装置的运行特性的图表。
图11是用于说明针对根据本发明的实施例的天线装置的每个感测角度的增益的图表。
图12是图示了根据本发明的实施例的天线装置的波束宽度的示例性示图。
具体实施方式
以下，将参考附图来更加详细地描述本发明的实施例。此处，要注意的是，尽可能地用相同的附图标记来表示附图中的相同元素。将省略对不必要地混淆本发明的主题的已知功能和结构的详细描述。
图1是图示了根据本发明的第一实施例的雷达系统的天线装置的平面图。并且，图2是图示了沿图1中的线A-A’截取的横截面的横截面视图。进一步，图3是图示了图1中的B区域的放大图，而图4是图示了图1中的B’区域的放大图。
参考图1至图4，根据本实施例的雷达系统的天线装置100包括基板110、馈送单元120以及多个辐射器130。
基板110支撑馈送单元120和辐射器130。此处，基板110具有平坦的结构。此处，基板110可以具有多层结构。进一步，基板110由介电材料制成。此处，基板110的导电系数σ可以是0.02。此外，基板110的介电常数ε可以是4.4。进一步，基板110的损耗角正切值可以是0.02。
在天线装置100中，馈送单元120将信号提供到辐射器130。进一步，将馈送单元120布置在基板110的上表面上。此处，将馈送单元120连接到控制模块(未图示)。同样，馈送单元120接收来自控制模块的信号，并且将信号提供到辐射器130。此处，在馈送单元120中限定馈送点。亦即，馈送单元120通过馈送点121来接收信号。进一步，馈送单元120由导电材料制成。此处，馈送单元120可以包括银(Ag)、钯(Pd)、铂(Pt)、铜(Cu)、金(Au)和镍(Ni)中的至少任一种。馈送单元120包括多条馈送线123和分配器125。
馈送线123可以在一个方向上延伸。进一步，可以在另一方向上相互平行地布置馈送线123。此处，以预定间隔来彼此分离地布置馈送线123。进一步，在每条馈送线123中将信号从一端传送到另一端。
分配器125将馈送点121与馈送线123彼此连接。此处，分配器125从馈送点121延伸。进一步，将分配器125连接到每条馈送线123。同样，分配器125将信号从供给点121提供到馈送线123。此处，分配器125将信号分配到馈送线123。
辐射器130发射来自天线装置100的信号。亦即，辐射器130形成天线装置100的辐射图。进一步，将辐射器130布置在基板110的上表面上。此处，将辐射器130以分布的方式布置在馈送单元120中。此处，沿馈送线123布置辐射器130。由此，将信号从馈送单元120提供到辐射器130。同样，辐射器130由导电材料制成。此处，辐射器130可以包括银(Ag)、钯(Pd)、铂(Pt)、铜(Cu)、金(Au)和镍(Ni)中的至少任一种。
此处，辐射器130可以分别具有预先设立的权重。亦即，辐射器130分别具有已设立的特定权重。此处，使用值来设立权重，以获得天线装置100的谐振频率、辐射系数、波束宽度和检测距离，并且进行与天线装置100的阻抗匹配。可以根据泰勒函数或切比雪夫函数来产生权重。
亦即，可以根据辐射器130的位置来不同地设立权重。此处，限定两个轴，其相交于馈送单元120的中心处。一个轴从馈送单元120的中心处延伸，并且平行于馈送线123，而另一轴从馈送单元120的中心处延伸，并且垂直于所述一个轴。由此，基于一个轴和另一轴，相对于辐射器130来对称地设立权重。
进一步，每个辐射器130形成为具有根据每个权重所确定的参数。此处，辐射器130的参数可以确定辐射器130与馈送单元120之间的布置关系、辐射器130的尺寸以及辐射器130的形状。此处，辐射器130包括第一辐射器140和第二辐射器150。
将第一辐射器140连接到馈送线123。由此，将信号直接从馈送单元120提供到第一辐射器140。进一步，每个第一辐射器140包括连接单元141和第一辐射单元143。此处，每个第一辐射器140的参数包括第一辐射单元143的长度(l1)和宽度(w1)。
将连接单元141连接到馈送线123中的任何一条。此处，连接单元141通过其一端被连接到馈送线123。进一步，连接单元141从馈送线123处延伸。此处，连接单元141在与馈送线123的延伸方向不同的方向上延伸。同样，将信号从馈送线123传送到连接单元141。
将第一辐射单元143连接到连接单元141。此处，将第一辐射单元143连接到连接单元141的另一端。此处，第一辐射单元143通过其一端被连接到连接单元141。进一步，第一辐射单元143从连接单元141处延伸。此处，第一辐射单元143沿连接单元141的延伸方向延伸。此处，第一辐射单元143通过其另一端延伸。同样，开放第一辐射单元143的另一端。由此，将信号从连接单元141传送到第一辐射单元143。此处，限定第一辐射单元143的长度(l1)和宽度(w1)。第一辐射单元143的长度(l1)可以对应于第一辐射单元143的延伸方向。第一辐射单元143的宽度(w1)可以垂直地对应于第一辐射单元143的延伸方向。
第二辐射器150被布置成与馈送线123分离。进一步，将第二辐射器150耦接到馈送线123。换言之，将第二辐射器150电磁地耦接到馈送线123。由此，第二辐射器150处于激发态，并且将信号从供给单元120提供到第二辐射器150。同样，每个第二辐射器150包括耦接单元151和第二辐射器153。此处，每个第二辐射器150的参数包括耦接单元151与馈送线123中的任何一条之间的距离(d)、耦接单元151的长度(l2)、耦接单元151的宽度(w2)、第二辐射单元153的长度(l3)以及第二辐射单元153的宽度(w3)。
耦接单元151被布置成相邻于馈送线123中的任何一条。此处，开放耦接单元151的一端。进一步，耦接单元151的至少一部分沿馈送线123的延伸方向延伸。亦即，耦接单元151的至少一部分平行于馈送线123延伸。同样，将耦接单元151基本上耦接到馈送线123。此处，限定耦接单元151与馈送线123之间的距离(d)、耦接单元151的长度(l2)以及耦接单元151的宽度(w2)。耦接单元151与馈送线123之间的距离(d)可以对应于与馈送线123的延伸方向垂直的方向。耦接单元151的长度(l2)对应于耦接单元151的延伸方向。耦接单元151的宽度(w2)可以垂直地对应于第一耦接单元151的延伸方向。
将第二辐射单元153连接到耦接单元151。此处，将第二辐射单元153连接到耦接单元151的另一端。进一步，第二辐射单元153从耦接单元151沿耦接单元151的延伸方向延伸。由此，将信号从耦接单元151传送到第二辐射单元153。此处，限定第二辐射单元153的长度(l3)和宽度(w3)。第二辐射单元153的长度(l3)可以对应于第二辐射单元153的延伸方向。第二辐射单元153的宽度(w3)可以垂直地对应于第二辐射单元153的延伸方向。
图5是图示了根据本发明的第二实施例的雷达系统的天线装置的平面图。进一步，图6是图示了沿图5中的线C-C’截取的横截面的放大横截面视图。同样，图7是图示了图5中的D区域的放大图，而图8是图示了图5中的D’区域的放大图。此处，在图7和图8中，(A)是平面图而(B)是后视图。此外，图9是对图示了根据本发明的第二实施例的雷达系统的天线装置中的谐振器的变型的平面图。
参考图5至图8，在本实施例中，雷达系统的天线装置200包括基板210、馈送单元220、多个辐射器230和多个谐振器260。在馈送单元220中限定馈送点221。进一步，馈送单元220包括多个馈送线223和分配器225。辐射器230包括第一辐射器240和第二辐射器250。此处，每个第一辐射器240包括连接单元241和第一辐射单元243。同样，每个第二辐射器250包括耦接单元251和第二辐射单元253。此处，由于本实施例的基板210、馈送单元220和辐射器230类似于上述实施例的相应配置，所以将省略对其详细描述。
然而，在本实施例中，谐振器260支持辐射器230的运行。亦即，谐振器260对天线装置200的辐射图进行调节。此处，谐振器260使用更高的谐振模式来调节天线装置200的辐射图。进一步，将谐振器260布置在基板210的下表面上。此处，将谐振器260布置在谐振器230之下。此处，谐振器260以一对一的方式对应于辐射器230。同样，谐振器260分别地与辐射器230相对置。由此，将信号从辐射器230传送到谐振器260。同样，谐振器260由导电材料制成。此处，谐振器260可以包括银(Ag)、钯(Pd)、铂(Pt)、铜(Cu)、金(Au)和镍(Ni)中的至少任一种。
进一步，谐振器260均具有环的形状。此处，每个谐振器260围绕第一辐射单元243或第二辐射单元253。换言之，将第一辐射单元243或第二辐射单元253布置在每个谐振器260的内侧。此处，可以在上下方向上将谐振器260的至少一部分与连接单元241或耦接单元251重叠。
进一步，每个谐振器260在其中形成有两个缝隙261。亦即，通过缝隙261来开放每个谐振器260。此处，将缝隙261彼此相对地布置在每个谐振器260中。亦即，将缝隙261布置在穿过每个谐振器260的中心的直线上。此处，通过缝隙261来将每个谐振器260分离成两个谐振单元。此处，在每个谐振单元的中心和两端中，电场的大小可以是最高的。
此处，将谐振器260的厚度确定为用于天线装置200的阻抗匹配的值。亦即，例如，可以将谐振器260的厚度确定为用于50Ω的阻抗匹配的值。进一步，通过对应于天线装置200的谐振频带的波长λ来确定谐振器260的周长。亦即，可以如以下公式1来确定谐振器260的周长。
【公式1】
2πr＝nλg，n＝2、4、6、…，λg＝λ/ε
此处，r表示谐振器260的半径，而ε表示基板210的介电常数。
此外，在本实施例中，辐射器230和谐振器260分别具有预先设立的权重。亦即，相对于每个辐射器230及其相应的谐振器260来设立特定权重。此处，使用值来设立权重，以获得天线装置220的谐振频率、辐射系数、波束宽度和检测距离，并且进行与天线装置220的阻抗匹配。可以根据泰勒函数或切比雪夫函数来产生权重。
亦即，可以根据辐射器230和谐振器260的位置来不同地设立权重。此处，限定两个轴，其相交于馈送单元220的中心处。一个轴从馈送单元220的中心处延伸，并且平行于馈送线223，而另一轴从馈送单元220的中心处延伸，并且垂直于所述一个轴。由此，基于一个轴和另一轴，相对于辐射器230和谐振器260来对称地设立权重。
进一步，每个辐射器230及其面对的谐振器260由根据每个权重所确定的参数形成。此处，辐射器230及其面对的谐振器260的参数可以用于确定辐射器230与供给单元220之间的布置关系、辐射器230的尺寸、辐射器230的形状以及谐振器260中的缝隙261的位置。
此处，第一辐射器240及其面对的谐振器260的参数包括第一辐射单元243的长度(l1)、第一辐射单元243的宽度(w1)以及缝隙261在谐振器260中的位置。第一辐射单元243的长度(l1)对应于第一辐射单元243的延伸方向。第一辐射单元243的宽度(w1)垂直地对应于第一辐射单元243的延伸方向。可以在平面上使用坐标来表示缝隙261的位置，该平面由以下轴形成：穿过谐振器260的中心并平行于馈送线223的纵轴以及穿过谐振器260的中心并垂直于纵轴的横轴。
进一步，第二辐射器250及其面对的谐振器260的参数包括耦接单元251与馈送线223中的任何一条之间的距离(d)、耦接单元251的长度(l2)、耦接单元251的宽度(w2)、第二辐射单元253的长度(l3)、第二辐射单元253的宽度(w3)以及缝隙261在谐振器260中的位置。耦接单元251的长度(l2)对应于耦接单元251的延伸方向。耦接单元251的宽度(w2)可以垂直地对应于耦接单元251的延伸方向。第二辐射单元253的长度(l3)可以对应于第二辐射单元253的延伸方向。第二辐射单元253的宽度(w3)可以垂直地对应于第二辐射单元253的延伸方向。可以在平面上使用坐标来表示缝隙261的位置，该平面由以下轴形成：穿过谐振器260的中心并平行于馈送线223的纵轴以及穿过谐振器260的中心并垂直于纵轴的横轴。
同时，在本实施例中，公开了在每个谐振器260中形成两个缝隙261的示例，本示例不限于此。亦即，尽管在每个谐振器260中未形成两个缝隙261，也可以体现本发明。例如，如图9所示，可以在每个谐振器260中形成一个缝隙261。此处，在谐振器260的中心和两端中，电场的大小可以是最高的。然而，当在每个谐振器260中形成一个缝隙261时，可以如以下公式2来确定谐振器260的周长。
【公式2】
2πr＝nλg，n＝1、3、5、…，λg＝λ/ε
图10是用于说明根据本发明的实施例的天线装置的运行特性的图表。此处，图10(A)图示了根据本发明的第一实施例的天线装置的辐射图，并且图10(B)图示了根据本发明的第二实施例的天线装置的辐射图。
参考图10，根据本发明的第一实施例的天线装置100的辐射图以及根据本发明的第二实施例的天线装置200的辐射图均呈现为主瓣和旁瓣。此处，主瓣是以集中的方式发射信号的区域。旁瓣是除了主瓣之外的区域，意指微小地发射信号的区域。同样，旁瓣被视为干扰区域。
此处，根据本发明的第二实施例的天线装置200的主瓣宽度宽于根据本发明的第一实施例的天线装置100的主瓣宽度。这意味着，与根据本发明的第一实施例的天线装置100相比，在根据本发明的第二实施例的天线装置200中，信号被集中到更加广泛的区域中。同时，根据本发明的第二实施例的天线装置200的旁瓣宽度窄于根据本发明的第一实施例的天线装置100的侧瓣宽度。这意味着，与根据本发明的第一实施例的天线装置100相比，在根据本发明的第二实施例的天线装置200中的干扰是更加受限制的。换言之，与根据本发明的第一实施例的天线装置100相比，由于根据本发明的第二实施例的天线装置200包括谐振器260，所以天线装置200具有更加增强的性能。
同时，在上述实施例中，公开了辐射器130和230包括第一辐射器140和240以及第二辐射器150和250的示例，本示例不限于此。亦即，即使辐射器130和230不包括第一辐射器140和240以及第二辐射器150和250，也可以实现本发明。具体地，辐射器130和230可以由第一辐射器140和240形成。此处，可以将辐射器130和230均连接到馈送线123和223。同样，辐射器130和230可以由第二辐射器150和250形成。此处，辐射器130和230均可以被布置成与馈送线123和223分离。
图11是用于说明针对根据本发明的实施例的天线装置的每个感测角度的增益的图表。此处，增益表示对应于天线装置中的期望方向以集中的方式发射信号的程度。进一步，图12是图示了根据本发明的实施例的天线装置的波束宽度的示例性视图。
参考图11，根据本发明的实施例的天线装置100和200的主瓣宽度宽于常规天线装置(未图示)的主瓣宽度。这意味着，与本发明的常规天线装置相比，在根据本发明的实施例的天线装置100和200中，信号被集中到更加广泛的区域。同时，根据本发明的实施例的天线装置100和200的旁瓣宽度窄于常规天线装置的旁瓣宽度。亦即，与常规天线装置相对应，在-20度与20度之间形成空的部分。相反，在根据本发明的天线装置100和200中，在-60度至60度之间填充了空的部分，以便抑制旁瓣。这意味着，与常规天线装置相比，在根据本发明的实施例的天线装置100和200中，更多地抑制了干扰。
亦即，与常规天线装置相比，根据本发明的实施例的天线装置100和200具有更广的检测覆盖率和更长的检测距离。换言之，根据本发明的实施例的天线装置100和200具有更加扩展的波束宽度。此外，根据本发明的实施例的天线装置100和200具有各种检测距离。因此，根据本发明的实施例的雷达系统包括如图12(A)所示的天线装置100或200，从而能够获得期望的检测覆盖率和检测距离。另一方面，如图12(B)所示，常规的雷达系统必须包括多个天线装置，以获得期望的检测覆盖率和检测距离。
根据本发明，由于辐射器130和230根据其权重来形成，所以可以获得辐射器130和230的均匀性能。由此，对于辐射器130和230可以获得期望的谐振频率和辐射系数，并且在辐射器130和230中执行阻抗匹配，而无需单独的结构。此外，可以更加扩大天线装置100和200的波束宽度。此外，在一个天线装置100或200中可以体现各种检测距离。由此，雷达系统包括一个天线装置100或200，以便可以获得期望的检测覆盖率。换言之，可以在不扩大雷达系统的情况下扩展雷达系统的检测覆盖率。因此，可以增强雷达系统的性能。进一步，可以降低雷达系统的制造成本。
同时，仅提出说明书和附图中所公开的本发明的实施例来作为具体示例，以免限制本发明的范围，从而轻松地描述本发明的技术细节并且帮助对本发明的理解。亦即，对本领域的技术人员而言显而易见的是，可以基于本发明的技术理念来体现其它各种变型。

Claims (15)

1.一种雷达系统的天线装置，包括：
基板；
多个辐射器，其被布置在所述基板的上表面上；以及
多个谐振器，其被布置在所述基板的下表面上，并且被放置在所述辐射器之下，所述谐振器具有环的形状，所述环在其上形成有至少一个缝隙。
2.根据权利要求1所述的天线装置，其中，根据预先设立的权重来分别形成所述多个辐射器。
3.根据权利要求2所述的天线装置，其中，所述谐振器具有缝隙，所述缝隙形成在根据与所述辐射器相对应的权重而确定的位置处。
4.根据权利要求2所述的天线装置，其中，所述谐振器具有两条彼此相对的缝隙。
5.根据权利要求2所述的天线装置，其中，根据所述辐射器的位置来不同地设立所述权重。
6.根据权利要求5所述的天线装置，其中，使用值来设立所述权重，使用所述值来使所述辐射器确保谐振频率、辐射系数、波束宽度和检测距离，并且执行阻抗匹配。
7.根据权利要求5所述的天线装置，进一步包括：馈送单元，其被布置在所述基板的上表面上的所述辐射器的一侧中。
8.根据权利要求7所述的天线装置，其中，基于在所述馈送单元的中心处彼此正交的两个轴来对称地设立所述权重。
9.根据权利要求7所述的天线装置，其中，使用根据所述权重而确定的变量来形成所述辐射器。
10.根据权利要求9所述的天线装置，其中，所述辐射器包括：
耦接单元，其被布置成与所述馈送单元分离；以及
辐射单元，其连接到所述耦接单元。
11.根据权利要求9所述的天线装置，其中，所述辐射器包括：
连接单元，其连接到所述馈送器；以及
辐射单元，其连接到所述连接器。
12.根据权利要求10或11所述的天线装置，其中，所述谐振器围绕所述辐射单元。
13.根据权利要求10所述的天线装置，其中，所述变量包括所述馈送单元与所述耦接单元之间的间隔、所述耦接单元的长度和宽度以及所述辐射单元的长度和宽度。
14.根据权利要求13所述的天线装置，其中，所述耦接单元平行于所述馈送单元延伸。
15.根据权利要求11所述的天线装置，其中，所述变量包括所述辐射单元的长度和宽度。
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