CN109326890A - 一种角度测量的阵列天线及设有该阵列天线的电路板 - Google Patents

一种角度测量的阵列天线及设有该阵列天线的电路板 Download PDF

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Abstract

本发明属于雷达技术领域，公开了一种角度测量的阵列天线，包括至少一个发天线、至少三个收天线及功率分配器，所述发天线内设有发送阵列，所述收天线内设有接收阵列，所述发天线连接所述功率分配器；本发明还公开一种设有阵列天线的电路板，包括上述的角度测量的阵列天线，所述角度测量的阵列天线设于一介质板上；所述角度测量的阵列天线包括一个发天线、三个收天线及功率分配器，所述发天线连接所述功率分配器。本发明采用多副收天线能够保证测角范围同时提高测角精度，发天线波束赋型能够提高大角度区域增益。

Description

一种角度测量的阵列天线及设有该阵列天线的电路板
技术领域
本发明属于雷达技术领域，具体涉及一种角度测量的阵列天线及设有该阵列天线的电路板。
背景技术
24GHz毫米波雷达用于汽车变道辅助决策系统(LCADS)、RCTA(后向横穿车辆预警)和DOW(开门告警)应用，需要探测本车侧后方目标，探测距离25m，探测角度±70°，并准确测量目标方位角。根据丁鹭飞主编的书籍《雷达原理》中得知雷达作用距离与收发天线增益相关。角度测量一般使用多接收天线相位法，相位差与测量角度θ关系为
其中λ为雷达波长，d为阵间距，角度测量范围和精度与天线阵间距有关。
为了实现宽角度覆盖和角度测量，目前的雷达使用1发2收天线方案，收天线或者发天线使用单个直线阵列天线，收天线阵间距λ/2以满足测角范围。存在以下问题：两副收天线阵间距λ/2，测角误差大，隔离度低，影响测角精度，大角度+50°～+70°和-70°～-50°区间增益低，影响作用距离。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种角度测量的阵列天线及设有该阵列天线的电路板，其采用多副收天线能够保证测角范围同时提高测角精度，发天线波束赋型提高大角度区域增益。
本发明所采用的技术方案为：
一种角度测量的阵列天线，包括至少一个发天线、至少三个收天线及功率分配器，所述发天线内设有发送阵列，所述收天线内设有接收阵列，所述发天线连接所述功率分配器。
优选地，所述发天线包括至少两个发送阵列，两个所述发送阵列并排设置，每一所述发送阵列与所述功率分配器相连接。
优选地，所述收天线包括至少三个接收阵列，至少三个所述接收阵列并排设置。
优选地，所述收天线包括第一阵列、第二阵列及第三阵列，所述第一阵列与所述第二阵列的阵间距为λ/2，所述第一阵列与所述第三阵列的阵间距至少为3λ/2，所述第二阵列与所述第三阵列的阵间距至少为λ。
优选地，所述发送阵列或者所述接收阵列的阵元数量至少为八个。
优选地，所述阵元的电流分布符合泰勒函数分布。
优选地，所述功率分配器使用威尔金森形式，两端口功率比为2.5～3.5，相位差为180°。
一种设有阵列天线的电路板，包括上述的角度测量的阵列天线，所述角度测量的阵列天线设于一介质板上；所述角度测量的阵列天线包括一个发天线、三个收天线及功率分配器，所述发天线连接所述功率分配器。
优选地，所述发天线与所述收天线均设于所述介质板的一层，所述功率分配器设于所述介质板背离所述发天线或者收天线的一层。
优选地，所述介质板包括层叠为一体的厚度为0.5oz的铜箔、型号为RO4350B，厚度为0.25mm的高频板及RO 4450F，厚度为0.2mm的高频板。
本发明的有益效果为：
1、在本发明中，使用至少一个发天线与至少三个收天线微带阵列天线实现相位法测角。发天线与功率分配器连接，使用波束赋型技术提高天线在大角度区域+50°～+70°和-70°～-50°的增益。
2、在本发明中，收天线采用至少三个收天线，阵间距最近和最远分别是λ/2和3λ/2，保证测角范围同时提高测角精度。
3、在本发明中，接收阵列或者发送阵列均均使用八阵元贴片单元，波束±6°，并且使用泰勒函数幅度加权降低旁瓣，能够减少地面反射影响。
4、在本发明中，设有阵列天线的电路板上设有的角度测量的阵列天线采用固定数量的发天线与收天线，能够在保证角度测量的阵列天线起到最佳检测效果的前提下实现电路板体积小，灵活安装的效果。
附图说明
图1为本发明一较佳实施方式中角度测量的阵列天线的结构示意图。
图2为发天线方向图。
图3为收天线的相位法测角原理图。
图4为设有阵列天线的电路板的俯视图。
图5为设有阵列天线的电路板的底视图。
图6为设有阵列天线的电路板的剖视图。
附图中，1-发天线、11-发送阵列、12-功率分配器、2-收天线、21-第一阵列、22-第二阵列、23-第三阵列、3-介质板、31-天线层、32-金属层、33-第一介质层、34-第二介质层、35-功率分配器层、36-信号通孔、37-地过孔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
参见图1，本发明一较佳实施方式提供一种角度测量的阵列天线，包括一个发天线1、三个收天线2及功率分配器12。所述发天线1内设有发送阵列11，所述收天线2内设有接收阵列，所述发天线1连接所述功率分配器12。该角度测量的阵列天线使用一个发天线1与三个收天线2微带阵列天线实现相位法测角。功率分配器12与发天线1连接，实现发天线1方位面的方向图赋型，提高大角度区域+50°～+70°和-70°～-50°增益。
就本领域而言，功率分配器12是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时可也称为功率合成器，在本发明中的功率分配器12为威尔金森功率分配器12。在本实施方式中，所述功率分配器12两端口功率比为2.5～3.5，相位差为180°。
在本实施方式中，所述发天线1包括两个发送阵列11，两个所述发送阵列11并排设置，每一所述发送阵列11与所述功率分配器12相连接。威尔金森功率分配器12控制各发送阵列11的幅度和相位，方位面的方向图赋型达到效果如图2所示：橫坐标为方位角，纵坐标为增益，虚线(赋型)在方位角±45°附近增益最大，实线(无赋型)在方位角0°附近增益最大，大角度区域+50°～+70°和-70°～-50°区间虚线比实线增益提高约3dB～5dB。使用时，雷达安装于车辆后方两个角上，与车辆轴线水平夹角45°，本发明明显改善车辆正后方和侧方区域检测目标距离。
如图3所示，在本实施方式中，所述收天线2包括第一阵列21、第二阵列22及第三阵列23。第一阵列21、第二阵列22及第三阵列23并排设置。所述第一阵列21与所述第二阵列22的阵间距d1为λ/2，所述第一阵列21与所述第三阵列23的阵间距d2为3λ/2，所述第二阵列22与所述第三阵列23的阵间距为λ。通过公式一与公式二能够确定N的值，确定N的值后能够在现有技术的公式基础上保证测角范围基础上获得较好的测角精度。
在本实施方式中，所述发送阵列11或者所述接收阵列的阵元数量为八个，其采用泰勒函数幅度加权，电流分布依次为：0.48，0.64，0.85，1，1，0.85，0.64，0.48，波束±6°，采用此幅度加权，实现低旁瓣。
如图4至6所示，本实施方式还提供一种设有阵列天线的电路板，包括角度测量的阵列天线，所述角度测量的阵列天线包括一个发天线1、三个收天线2及功率分配器12，所述发天线1连接所述功率分配器12。
一个发天线1、三个收天线2及功率分配器12均设于一介质板3上。所述介质板3包括天线层31、金属层32、第一介质层33、第二介质层34及功率分配器层35，介质板3包括七层，由上至下的层级为：天线层31、第一介质层33、金属层32、第二介质层34、金属层32、第一介质层33及功率分配器层35。介质板3的天线层31至功率分配器层35贯通设有信号通孔36与地过孔37。一个发天线1、三个收天线2均设于所述天线层31，所述功率分配器12设于所述功率分配器层35，发天线1通过信号通孔36与功率分配器12相连接，地过孔37设于信号通孔36周围，同时与金属层32连接。功率分配器12的输出的功率比为2.5～3.5、相位差为180°，两路信号分别激励发天线1两个天线阵列，产生赋型波束，提高大角度区域增益。
其中，天线层31、金属层32及功率分配器层35的材质均为厚度为0.5oz的铜箔，第一介质层33为型号为RO 4350B，厚度为0.25mm的高频板，第二介质层34为型号为RO 4450F，厚度为0.2mm的高频板。
可以理解，发天线1的数量不限于本实施方式中的一个，在其他实施方式中，可以至少为一个。
可以理解，收天线2的数量不限于本实施方式中的三个，在其他实施方式中，可以至少为三个。
可以理解，功率分配器12不限于本实施方式中的威尔金森形式，在其他实施方式中，可以为其他形式的功率分配器。
本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (10)

1.一种角度测量的阵列天线，其特征在于：包括至少一个发天线(1)、至少三个收天线(2)及功率分配器(12)，所述发天线(1)内设有发送阵列(11)，所述收天线(2)内设有接收阵列，所述发天线(1)连接所述功率分配器(12)。
2.如权利要求1所述的角度测量的阵列天线，其特征在于：所述发天线(1)包括至少两个发送阵列(11)，两个所述发送阵列(11)并排设置，每一所述发送阵列(11)与所述功率分配器(12)相连接。
3.如权利要求1所述的角度测量的阵列天线，其特征在于：所述收天线(2)包括至少三个接收阵列，至少三个所述接收阵列并排设置。
4.如权利要求3所述的角度测量的阵列天线，其特征在于：所述收天线(2)包括第一阵列(21)、第二阵列(22)及第三阵列(23)，所述第一阵列(21)与所述第二阵列(22)的阵间距为λ/2，所述第一阵列(21)与所述第三阵列(23)的阵间距至少为3λ/2，所述第二阵列(22)与所述第三阵列(23)的阵间距至少为λ。
5.如权利要求1所述的角度测量的阵列天线，其特征在于：所述发送阵列(11)或者所述接收阵列的阵元数量至少为八个。
6.如权利要求5所述的角度测量的阵列天线，其特征在于：所述阵元的电流分布符合泰勒函数分布。
7.如权利要求1所述的角度测量的阵列天线，其特征在于：所述功率分配器(12)使用威尔金森形式，两端口功率比为2.5～3.5，相位差为180°。
8.一种设有阵列天线的电路板，其特征在于：包括如权利要求1至7之一所述的角度测量的阵列天线，所述角度测量的阵列天线设于一介质板(3)上；所述角度测量的阵列天线包括一个发天线(1)、三个收天线(2)及功率分配器(12)，所述发天线(1)连接所述功率分配器(12)。
9.如权利要求8所述的设有阵列天线的电路板，其特征在于：所述发天线(1)与所述收天线(2)均设于所述介质板(3)的一层，所述功率分配器(12)设于所述介质板(3)背离所述发天线(1)或者收天线(2)的一层。
10.如权利要求8或者9之一所述的设有阵列天线的电路板，其特征在于：所述介质板(3)包括层叠为一体的厚度为0.5oz的铜箔、型号为RO 4350B，厚度为0.25mm的高频板及RO4450F，厚度为0.2mm的高频板。
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