CN111264002A - 缝隙天线及缝隙阵列天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种缝隙天线，作为在检测车辆周边的对象的雷达设置的天线，所述缝隙天线包括形成有多个弯槽(bent slot)的基片集成波导管(substrate integrated waveguide，SIW)。

Description

缝隙天线及缝隙阵列天线
技术领域
本发明涉及一种用于对车辆周边的对象(object)进行检测的雷达的缝隙天线。
背景技术
车辆是用于使乘坐的用户朝向所需的方向进行移动的装置。作为代表性的可举例有汽车。
另一方面，为了方便使用车辆的用户，提供各种类型的传感器和电子设备等是一种趋势。尤其，为了使用户方便驾驶，正在积极地进行针对车辆驾驶者辅助系统(ADAS：Advanced Driver Assistance System)的研究。而且，正在积极进行针对自主驾驶车辆(Autonomous Vehicle)的开发。
为了实现车辆驾驶人员的辅助装置或自主驾驶车辆，使用了汽车雷达。现有技术的汽车雷达，使用毫米波频带中的具有76-77GHz的1GHz带宽的频域。
最近，正在进行针对使用具有77-81GHz的4GHz带宽的频域的汽车雷达的开发。当利用77-81GHz的4GHz带宽时，因宽频带的频率特性，可以具有更优异的距离分辨能力特性。另外，在该情况下，雷达可以代替超声波传感器，因此，也可以适用于近距离需要高分辨率的停车辅助、自动驻车等的应用领域中。
在现有技术中，1GHz带宽的频率下所使用的微带天线的可应用的带宽很小，因此不利于在4GHz带宽下使用。从而，需要开发出能够在4GHz的带宽下使用，并且具有制造成本不高且结构不复杂的天线。
发明内容
发明所要解决的技术问题
为了解决上述问题，本发明的目的在于，提供一种在具有较大的可用带宽的汽车雷达中使用的天线。
本发明的技术问题并不限于上述技术问题，本领域技术人员可以通过以下说明更清楚地理解未提及的其他技术问题。
解决问题的技术方案
为了实现上述目的，根据本发明的实施例的缝隙天线可以包括基片集成波导管，所述基片集成波导管形成有多个弯槽。
其他实施例的具体事项包含在详细说明和附图中。
发明效果
根据本发明，具有以下一种或一种以上的效果。
第一、具有实现小尺寸，并且提供可以在77-81GHz的4GHz带宽下使用的天线的效果。
第二、具有可以以较低的制造成本制造天线的效果。
第三、由于使用基片集成波导管，因此具有容易将雷达与其他构成结合的效果。
本发明的效果并不限于上述提及的效果，并且本领域技术人员可以通过权利要求的记载更清楚地理解未提及的其他效果。
附图说明
图1是示出根据本发明的实施例的车辆的外观的图。
图2是示出根据现有技术的缝隙天线的图。
图3是根据本发明的实施例的缝隙天线的立体图
图4是图3的A-A’截面的图。
图5是图3的B-B’截面的图。
图6中示出了根据本发明的实施例的基片集成波导管中的一时间点上的表面电流。
图7中示出了从上方观察根据本发明的实施例的缝隙天线时的情形。
图8是放大图7的一部分而示出的图。
图9至图10是用于说明根据本发明的实施例的缝隙阵列天线的图。
图11是用于说明根据本发明的实施例的终结器的图。
图12是沿图11的线C-C剖开的剖视图。
具体实施方式
下面，参照附图纤细说明本说明书中公开的实施例，另外，与图号无关地，对相同或相似的构成要素赋予相同的附图标记，并省略了对其的重复说明。在以下的说明中所使用的构成要素的后缀“模块”和“部”是为了便于说明书的撰写而赋予或混用的，其自身并不具有相互区别的含义或作用。此外，在说明本发明公开的实施例的过程中，当判断对相关公知技术的具体说明会混淆本发明公开的实施例的要旨的情况下，省略了对该公知技术的详细说明。此外，应当理解的是，附图仅用于帮助理解本书明书中公开的实施例，本说明书中公开的技术思想并不限定于附图，本发明的范围包括本发明的精神及技术范围内的所有变更、等同物以及替代物。
为了说明多个构成要素使用了第一、第二等的叙述，然而这些构成要素不限于这些术语。这些术语仅为了区别一个结构元件与另一个结构元件而使用。
应当理解的是，当一个元件被称为与另一个元件“连结”或“连接”时，该元件可以与另一个元件直接连结或连接，或者也可以存在中间元件。相反，在元件“直接连结”或“直接连接”至另一元件的情况下，应理解为在它们之间不存在任何其他元件。
除非上下文另外明确指出，否则单数表达包括复数表达。
本申请中使用的术语“包括”或“具备”应被理解为旨在指示存在本说明书中公开的特征、数量、步骤、动作、构成要素，部件或其组合，还应该理解为，没有预先排除一个或多个其他特征、数字、步骤、动作、构成要素，部件或其组合的存在或附加可能性。
本说明书中描述的车辆可以是包含汽车、摩托车的概念。以下，将以汽车为主对车辆进行说明。
本说明书中描述的车辆可以是，将作为动力源具有引擎的内燃机车辆、作为动力源具有引擎和电动马达的混合动力车辆、作为动力源具有电动马达的电动汽车等均涵盖的概念。
在以下的说明中，车辆的左侧是指车辆的行驶方向上的左侧，而车辆的右侧是指车辆的行驶方向上的右侧。
图1是示出根据本发明的实施例的车辆的外观的图。
参照图1，车辆1可以是自主驾驶车辆或手动驾驶车辆。车辆1可以基于用户的输入而切换到自主驾驶模式或手动模式。例如，车辆1可以通过用户界面装置200并基于接收到的用户输入，从手动模式切换到自主驾驶模式，或者从自主驾驶模式切换到手动模式。车辆1可以基于驾驶状况信息而切换到自主驾驶模式或手动模式。
驾驶状况信息可以包括车辆外部的对象信息、导航信息以及车辆状态信息中的至少任意一个。例如，车辆1基于由对象检测装置300所生成的驾驶状况信息，可以从手动模式切换到自主驾驶模式，或者可以从自主驾驶模式切换到手动模式。例如，车辆1基于经由通信装置400而接收到的驾驶状况信息，可以从手动模式切换到自主驾驶模式，或者从可以自主驾驶模式切换到手动模式。
车辆1基于由外部设备所提供的信息、数据、信号，可以从手动模式切换到自主驾驶模式，或者可以从自主驾驶模式切换到手动模式。
全长(overall length)是指从车辆1的前部分到后部分的长度，全宽(width)是指车辆1的宽度，全高(height)是指从车轮底部到车顶的长度。在下面的说明中，全长方向L可以是指作为测量车辆1的全长的基准的方向，全宽方向W可以是指作为测量车辆1的全宽的基准的方向，全高方向H可以是指作为测量车辆1的全高的基准的方向。
车辆1可以包括汽车用雷达50。雷达50可以配置在车辆外部的适当位置，以检测位于车辆的前方、后方或侧方的对象(object)。
雷达50可以包括天线。根据实施例，雷达50中所包括的天线可以起到发送天线和接收天线的功能。根据实施例，雷达50可以分别包括发送天线和接收天线。
雷达50可以对车辆1周边的对象进行检测。雷达50可以获取检测到的对象的位置、与检测到的对象之间的距离和相对速度。
车辆1周边的对象可以包括车道、其他车辆、行人、两轮车、交通信号、光、道路、构造物、减速带、地理特征、动物等。
车道(Lane)可以是行驶车道、行驶车道的相邻车道、对面车辆所行驶的车道。车道(Lane)可以是，包括形成车道(Lane)的左侧线和右侧线(Line)的概念。车道可以是包括交叉路的概念。
其他车辆可以是，在车辆1的周边行驶中的车辆。其他车辆可以是，位于离车辆1规定距离以内的车辆。例如，其他车辆可以是在车辆1的前方行驶或在后方行驶的车辆。
行人可以是，位于车辆1周边的人。行人可以是，位于离车辆1规定距离以内的人。例如，行人可以是位于人行道或车道上的人。
两轮车可以是指，位于车辆1的周边，并且利用两个车轮进行移动的交通工具。两轮车可以是，位于离车辆1规定距离以内，并且具有两个车轮的交通工具。例如，两轮车可以是位于人行道或车道上的摩托车或自行车。
交通信号可以包括交通信号灯、交通标志板、绘制在路面上的图案或文字。
光可以是由设置于其他车辆的灯所生成的光。光可以是由路灯所生成的光。光可以是太阳光。
道路可以包括路面、弯道、诸如上坡或下坡等的斜坡等。
构造物可以是位于道路周边，并且固定在地面上的物体。例如，构造物可以包括路灯、行道树、建筑物、电线杆、信号灯、桥梁、路缘石、壁面。
地理特征物可以包括山、丘陵等。
另一方面，对象可以被划分为移动对象和静止对象。例如，移动对象可以是包括移动中的其他车辆、移动中的行人的概念。例如，静止对象可以是包括交通信号、道路、构造物、停止的其他车辆、停止的行人的概念。
图2是示出根据现有技术的缝隙天线的图。
参照图2，对于现有技术中的缝隙天线10，在波导管11的一个表面形成缝隙，由此将电磁波辐射到自由空间(free space)。
如图2所示，虽然现有技术中的缝隙天线10的可用带宽较大，但波导管的体积大，因此存在有不适合在车辆中使用的问题。为了解决这种问题，提出了本发明的实施例的缝隙天线。
图3是根据本发明的实施例的缝隙天线的立体图。图4是图3的A-A’截面的图。图5是图3的B-B’截面的图。图6示出了根据本发明的实施例的基片集成波导管中的一时间点上的表面电流。图7示出了从上方观察根据本发明的实施例的缝隙天线时的情形。图8是放大图7的一部分而示出的图。
参照图3至图8，天线100可以包括基片集成波导管(substrate integratedwaveguide，SIW)200。
基片集成波导管200可以是使用PCB(printed circuit board；印刷电路板)实现的。可以以围绕PCB的一个区域的方式形成导通孔(via hole)，并且将金属插入到导通孔的内部，从而形成基片集成波导管200。以围绕PCB的一个区域的方式所形成的多个导通孔，可以称为孔栅(via fence)。
如上所述，利用PCB来实现基片集成波导管200，由此能够相对容易地与雷达50的电子部件(例如，MMIC(Monolithic microwave integrated circuit：单片微波集成电路)、MCU(Micro Controller Unit：微控制单元))电连接，并且能够使雷达50在车辆内占据的体积最小化。另外，与现有技术相比，能够应用更宽的带宽。
基片集成波导管200可以包括第一金属板210、第二金属板220、介电体230以及孔栅。
第一金属板210可以由铜(Cu)制成。第一金属板210可以称为铜箔或铜板。
第二金属板220可以由铜(Cu)制成。第二金属板210可以称为铜箔或铜板。第二金属板220可以将多个导通孔(via hole)240作为介质而与第一金属板进行通电。多个导通孔240可以形成为围绕一个区域。这种多个导通孔可以称为孔栅。
介电体230可以位于第一金属板210和第二金属板220之间。介电体230可以是低损耗介电体。
基片集成波导管200可以定义为，被孔栅围绕，并且具有长度、宽度、高度的立体形状。基片集成波导管200的长度方向可以理解为，图3的Y方向和-Y方向。基片集成波导管200的宽度方向可以理解为，图3的X方向和-X方向。基片集成波导管200的高度方向可以理解为，图3的Z方向和-Z方向。
在进行供电的情况下，在基片集成波导管200可以形成表面电流。表面电流可以形成在第一金属板210和第二金属板210中的至少一个。表面电流因孔栅而形成短路表面，因此能够具有驻波形态。短路表面可以形成在基片集成波导管200中的与供电方向相反的表面(图6的610)。
基片集成波导管200可以具有引导波长(λg)。
可以在基片集成波导管200形成有多个弯槽300。
多个弯槽300可以形成于第一金属板210。
多个弯槽300可以使基片集成波导管200的表面电流具有不连续性(discontinuity)。如上所述，通过使基片集成波导管200的表面电流具有不连续性，来能够将电磁波辐射到自由空间。
如图8所示，多个缝隙300中的每一个可以包括第一缝隙300a、第二缝隙300b以及第三缝隙300c。第一缝隙300a可以沿着基片集成波导管200的长度方向长长地延伸而形成。第二缝隙300b可以从第一缝隙的末端沿着与长度方向不同的方向形成。第三缝隙300c可以从第二缝隙的末端沿着长度方向长长地延伸而形成。
在基片集成波导管200中可形成有：第一缝隙300a，其沿着基片集成波导管200的长度方向(例如，Y方向)长长地延伸而形成；第二缝隙300b，其从第一缝隙300a的末端沿着与长度方向不同的方向(例如，对角线方向)形成；第三缝隙300c，其从第二缝隙300b的末端沿着长度方向(例如，Y方向)长长地延伸而形成。
第一缝隙300a可以形成为，从基片集成波导管200中的沿着长度方向延伸的假想中心线800朝向第一方向(例如，-X方向)偏移(offset)。第一缝隙300a的横向上的假想中心线810，可以从基片集成波导管200中的沿着长度方向延伸的假想中心线800朝向第一方向(例如，-X方向)隔开第一距离D。
第三缝隙300c可以形成为，从基片集成波导管200中的沿着长度方向延伸的假想中心线800朝向与第一方向相反的方向(例如，X方向)偏移。第三缝隙300c的横向上的中心线830，可以从基片集成波导管200中的沿着长度方向延伸的假想中心线800朝向与第一方向相反的方向(例如，X方向)隔开第一距离D。在此，隔开的距离与第一缝隙的中心线810和中心线800隔开的距离相同。
第二缝隙300b的一端可以与第一缝隙300a连接，第二缝隙的300b的另一端可以与第三缝隙300c连接。第二缝隙300b的至少一部分可以与基片集成波导管200中的沿着长度方向延伸的假想中心线800相交。
如上所述，第一缝隙300a具有朝向第一方向的偏移，第三缝隙300c具有朝向与第一方向相反的方向的偏移，因此，根据电流随时间的相位变化而能够实施电磁波的辐射，并且能够以较宽的带宽进行辐射。
如图7所示，在基片集成波导管200可以形成有第一弯槽310和第二弯槽320。
第一弯槽310可以形成为，所述第一弯槽310的中心在基片集成波导管200的长度方向上位于与短路表面610隔开引导波长(λg)的1/2程度的距离的位置上。第一弯槽310的中心，可以理解为以第一弯槽310的总长度为基准作为中心的点。第一弯槽310的中心，可以位于基片集成波导管200中的沿着长度方向延伸的假想中心线800上。
第二弯槽320可以形成为，所述第二弯槽320的中心在基片集成波导管200的长度方向上位于与第一弯槽310隔开引导波长(λg)左右的距离的位置上。第二弯槽320的中心，可以理解为以第二弯槽310的总长度为基准作为中心的点。第二弯槽320的中心，可以位于基片集成波导管200中的沿长度方向延伸的假想中心线800上。
根据实施例，在基片集成波导管200可以形成有更多的弯槽330、340。多个弯槽300中的每一个可以彼此隔开管内波长(λg)左右的距离。
多个弯槽300中的每一个，可以具有与用于发送和接收电磁波的共振频率的波长的一半相对应的长度。
图9至图10是用于说明根据本发明的实施例的缝隙阵列天线的图。
在图9中，示例出包括多个缝隙天线的缝隙阵列天线。
参照图9，缝隙阵列天线1000可以包括多个缝隙天线100。对于多个缝隙天线100而言，可以适用参照图1至图8进行说明的缝隙天线100的内容。
缝隙阵列天线1000可以设置于对车辆100周边的对象进行检测的雷达50。
缝隙阵列天线1000可以包括：第一缝隙天线100a；和与第一缝隙天线100a电连接的第二缝隙天线100b。
第一缝隙天线100a可以包括形成有多个弯槽的第一基片集成波导管。对于多个弯槽而言，可以适用参照图1至图8进行说明的多个弯槽300的内容。对于第一基片集成波导管而言，可以适用参照图1至图8进行说明的集成型波导管200的内容。
第二缝隙天线100b可以包括形成有多个弯槽的第二基片集成波导管。对于多个弯槽而言，可以适用参照图1至图8进行说明的多个弯槽300的内容。对于第二基片集成波导管而言，可以适用参照图1至图8进行说明的集成型波导管200的内容。
在图10中，示例出包括多个缝隙天线和多个虚拟天线的缝隙阵列天线。.
参照图10，图9的缝隙阵列天线1000可能会发生边缘效应(edge effects)。由于位于外侧的缝隙天线和位于内侧的缝隙天线具有不同的特性(例如，阻抗特性)，因此可能会对缝隙阵列天线1000的整体性能产生影响。另外，多个缝隙天线因彼此之间发生干涉而可能会使整个缝隙阵列天线1000的辐射图案失真。
为了改善辐射图案失真，缝隙阵列天线1000还可以包括至少一个虚拟天线(dummyantenna)900，所述虚拟天线900位于第一缝隙天线100a和第二缝隙天线100b中的至少任意一个的附近。
至少一个的虚拟天线900可以使用参照图1至图8进行说明的缝隙天线100。虚拟天线900不与雷达50的电子设备和其他天线相连接。
至少一个的虚拟天线900可以位于多个缝隙天线100中的每一个之间。至少一个的虚拟天线900可以位于第一缝隙天线100a和第二缝隙天线100b之间。至少一个的虚拟天线900可以位于多个缝隙天线100中的位于最外侧的天线的外侧。
为了实现至少一个的虚拟天线900的阻抗匹配，缝隙阵列天线1000还可以包括分别连接于虚拟天线的至少一个终结器(terminator)950。终结器950可以设置有与虚拟天线900的数量相对应的数量。
缝隙天线100与雷达50的电子部件以阻抗匹配的状态相连接，而虚拟天线900并没有与雷达50的电子部件连接，因此需要终结器950而进行额外的阻抗匹配。
可以通过蚀刻等在PCB上形成规定的图案，从而能够实现终结器950。图案可以是由一条线蜿蜒地连续的形状，以在基片集成波导管200的宽度方向和长度方向上不会相交。
终结器950可以形成在与形成有第一缝隙天线100a和第二缝隙天线100b的层不同的层。由于终结器950形成在与形成有第一缝隙天线100a和第二缝隙天线100b的层不同的层，因此，第一缝隙天线100a和第二缝隙天线100b的发送和接收功能不会受到影响。
另一方面，虚拟天线900可以位于与形成有第一缝隙天线100a和第二缝隙天线100b的层相同的层。在虚拟天线900的至少一部分，可以形成有贯通虚拟天线900的缝隙。虚拟天线900和位于不同层的终结器950可以经由所述缝隙而彼此电连接。形成于虚拟天线900的缝隙可以是H形状。
图11是用于说明根据本发明的实施例的终结器的图。
图12是沿图11的线C-C剖开的剖视图。
参照图11至图12，虚拟天线900可以包括第一金属板210、第二金属板220、介电体230、孔栅240、第三金属板1230、第四金属板1240、第一高损耗介电体1210以及第二高损耗介电体1220。
参照图1至图10进行说明的内容可以适用于第一金属板210、第二金属板220、介电体230以及孔栅240。
终结器950可以包括第三金属板1230、第四金属板1240、第一高损耗介电体1210以及第二高损耗介电体1220。
第三金属板1230可以由铜(Cu)制成。第三金属板1230可以称为铜箔或铜板。第三金属板1230可以配置在第一高损耗介电体1210和第二高损耗介电体1220之间。
在第三金属板1230，可以形成有第一带状线(strip line)951和第二带状线952。第一带状线951可以形成为由一条线蜿蜒地连续的形状，以在宽度方向和长度方向上不会相交。第二带状线952可以形成为围绕第一带状线951的形状。
第四金属板1240可以由铜(Cu)制成。第四金属板1240可以称为铜箔或铜板。
第一高损耗介电体1210可以配置在第二金属板220和第三金属板1230之间。
第二高损耗介电体1220可以配置在第三金属板1230和第四金属板1240之间。
在第二金属板220，可以形成有H形状的缝隙1110。信号可以从基片集成波导管200经由形成于第二金属板220的H形状的缝隙而传输到终结器950。
由第一高损耗介电体1210和第二高损耗介电体1220围绕的带状线951是被第一高损耗介电体1210和第二高损耗介电体1220围绕的，因此发生较高的损耗。经由H形状的缝隙1110而传输的信号，因第一微带951以及第一高损耗介电体1210和第二高损耗介电体1220而消失。在这种情况下，第二带状线952能够防止信号泄漏，而不会影响到其他天线。
如上所述的详细说明在所有方面上不应解释为限制性的，应该理解为示意性的。本发明的保护范围应基于对权利要求书的合理的解释而被确定，在本发明的相等范围内的所有变更均包括于本发明的范围内。
附图标记说明
1：车辆
50：雷达
100：天线

Claims (15)

1.一种缝隙天线，其为设置于检测车辆周边的对象的雷达的天线，其中，
包括基片集成波导管(substrate integrated waveguide，SIW)，所述基片集成波导管形成有多个弯槽(bent slot)。
2.根据权利要求1所述的缝隙天线，其中，
所述基片集成波导管包括：
第一金属板；
第二金属板，经由多个导通孔(via hole)与所述第一金属板通电；以及
介电体，位于所述第一金属板和所述第二金属板之间。
3.根据权利要求2所述的缝隙天线，其中，
多个所述弯槽形成于所述第一金属板。
4.根据权利要求1所述的缝隙天线，其中，
所述基片集成波导管包括：
第一缝隙，沿着所述基片集成波导管的长度方向长长地延伸而形成；
第二缝隙，从所述第一缝隙的末端沿着与所述长度方向不同的方向形成；以及
第三缝隙，从所述第二缝隙的末端沿着所述长度方向长长地延伸而形成。
5.根据权利要求4所述的缝隙天线，其中，
所述第一缝隙的横向上的假想中心线从所述基片集成波导管的沿着所述长度方向延伸的假想中心线朝向第一方向上隔开。
6.根据权利要求5所述的缝隙天线，其中，
所述第三缝隙的横向上的中心线从所述假想中心线朝向与第一方向相反的方向隔开。
7.根据权利要求6所述的缝隙天线，其中，
所述第二缝隙的至少一部分与所述假想中心线相交。
8.根据权利要求1所述的缝隙天线，其中，
在所述基片集成波导管形成有第一弯槽和第二弯槽，
所述第一弯槽的中心在所述基片集成波导管的长度方向上位于从短路表面隔开引导波长的1/2程度的距离的位置；
所述第二弯槽的中心在所述长度方向上位于从所述第一弯槽的中心隔开引导波长程度的距离的位置。
9.根据权利要求1所述的缝隙天线，其中，
多个所述弯槽向所述基片集成波导管的表面电流赋予不连续性(discontinuity)。
10.根据权利要求1所述的缝隙天线，其中，
多个所述弯槽中的每一个弯槽具有与用于发送和接收电磁波的共振频率的波长的一半相对应的长度。
11.一种缝隙阵列天线，其为设置于检测车辆周边的对象的雷达的天线，其中，包括：
第一缝隙天线；以及
第二缝隙天线，与所述第一缝隙天线电连接，
所述第一缝隙天线包括第一基片集成波导管(substrate integrated waveguide，SIW)，所述第一基片集成波导管形成有多个弯槽(bent slot)，
所述第二缝隙天线包括第二基片集成波导管(substrate integrated waveguide，SIW)，所述第二基片集成波导管形成有多个弯槽(bent slot)。
12.根据权利要求11所述的缝隙阵列天线，其中，
还包括至少一个虚拟天线，至少一个所述虚拟天线位于所述第一缝隙天线和所述第二缝隙天线中的至少任意一个的附近。
13.根据权利要求12所述的缝隙阵列天线，其中，
至少一个所述虚拟天线位于所述第一缝隙天线和所述第二缝隙天线之间。
14.根据权利要求12所述的缝隙阵列天线，其中，
还包括至少一个终结器，至少一个所述终结器连接于所述虚拟天线，以实现所述虚拟天线的阻抗匹配。
15.根据权利要求14所述的缝隙阵列天线，其中，
所述终结器形成在与所述第一缝隙天线和所述第二缝隙天线不同的层。
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