CN111384592B - 一种天线装置及雷达 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种可减小方向图抖动的天线装置，天线装置由地层、介质层和天线层组成。天线层包括梳状天线及分布在梳状天线周围的棋盘结构。棋盘结构由贴片组成，每一列和横排由PEC和AMC交错排布。设置的PEC和AMC均为正多边形贴片。本发明设置的棋盘式结构可以减小天线表面的雷达散射截面，同时减小雷达天线方向图的抖动。
Description
技术领域
本发明属于微波天线技术领域，具体涉及一种具有棋盘结构的天线装置。
背景技术
雷达是汽车智能驾驶系统中核心的传感器之一，其性能优劣对于汽车安全有着至关重要的作用。
传统汽车雷达发射的电磁波会在天线罩和天线表面之间形成多重反射，这会导致天线方向图产生抖动，进而影响系统的稳定性。现有技术中传统汽车雷达天线存在方向图抖动幅度较大，雷达的FOV不稳定的情况。在最接近的现有技术中专利号201600734286中介绍了一种技术方案，该技术方案主要通过在天线部件上设置反射部件，通过反射部件反射部配置在上述天线部的周围，并具有作为反射板发挥作用的多个导体贴片。上述多个导体贴片形成沿着预先设定的块排列方向排列的多个块。上述多个块被构成为在每个上述块在上述工作频率下的反射波的相位不同，并且对于每个相邻的块在该相邻的块间的反射波的相位差不均匀地不同。该发明针对来自天线表面的反射波，该发明通过电磁反射面将其方向改变，但并未消除，不利于减小天线方向图的抖动。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种可以减小方向图抖动，提供稳定雷达视野的天线装置，以及具有该种天线装置的雷达设备。
本发明通过以下技术方案来解决现有技术中的技术问题：
本发明实施例提供一种天线装置，包括地层、介质层和天线层。天线层包括天线及分布在梳状天线周围的棋盘结构。棋盘结构由贴片组成，每一列和横排由PEC和AMC交错排布。所述PEC和AMC均为正多边形贴片。
天线层和地层为覆铜层，中间层为介质层。
优选的，PEC由一整块贴片组成，AMC由n块正多边形贴片组成，整体大小与PEC相同。
优选的，棋盘结构沿梳状天线竖列分布，所述构成AMC的多块正多边形贴片由小到大依次排列。
优选的，天线由馈电线和辐射贴片组成，辐射贴片交叉位于天线两侧。
优选的，AMC由4×4个正方形贴片组成。组成AMC的贴片的边长在天线工作中心频点对应介质波长的一半，即λg/2附近波动。
优选的，另一实施例中棋盘结构中组成AMC的贴片可以为正三角形贴片，也可以为正六边形贴片。
优选的，天线装置中的棋盘结构由相邻的理想电导体（PEC）和人造磁导体（AMC）交错排布而成。
本发明还包括一种雷达，雷达中设置有上述的天线装置。
本发明的有益效果是：
（1）通过棋盘由小到大渐变结构，减小雷达方向图的抖动（2）通过棋盘渐变结构减小天线表面RCS，即雷达散射截面。
附图说明
图1图示了根据本申请实施例的雷达天线装置剖视图。
图2图示了根据本申请实施例中天线装置结构示意图。
图3图示了根据本申请的渐变棋盘结构棋盘块局部放大图。
图4图示了根据本申请的另一实施例雷达天线渐变棋盘结构中由三角形贴片组成的AMC。
图5图示了根据本申请的另一实施例雷达天线渐变棋盘结构中由六边形贴片组成的AMC。
图6图示了根据本申请实施例的频率为76GHz时具有本发明天线装置方向图。
图7图示了根据本申请实施例的频率为76.5GHz时具有本发明天线装置方向图。
图8图示了根据本申请实施例的频率为77GHz时具有本发明天线装置方向图。
具体实施方式
下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步描述，本发明实施例提供了一种天线装置，从而减小了天线罩和天线表面之间的多重反射，减小了雷达方向图的抖动，从而稳定了雷达的FOV。FOV指雷达的视场角。天线装置上的渐变棋盘式结构减小了天线表面的RCS。
为达到上述目的本发明提供一种天线装置，该天线装置包括地层、介质层和天线层。
天线层包括天线及分布在天线周围的棋盘结构，棋盘结构由贴片组成，每一列和横排由PEC和AMC交错排布，所述PEC和AMC均为正多边形贴片。PEC由一整块贴片组成，AMC由n块正多边形贴片组成，整体大小与PEC相同。棋盘结构沿梳状天线竖列分布，所述构成AMC的多块正多边形贴片由小到大依次排列。梳状天线由梳状天线由馈电线和辐射贴片组成，辐射贴片交叉位于馈电线两侧。贴片数目为4×4时方形贴片的边长大约为天线工作中心频点对应介质波长的一半λg/2。棋盘结构中的贴片可以为正三角形贴片。棋盘结构中的贴片也可以为正六边形贴片。
天线可以为微带梳状天线。
棋盘结构由相邻的PEC和AMC交错排布而成。
本发明方案中所说的AMC表示Artificial Magnetic Conductor，人造磁导体，本专利中为一定数目的金属贴片间隔一定距离周期性排列而成。
PEC表示Perfect Electric Conductor，理想电导体，本专利中为与AMC大小相同的一整块金属贴片。
RCS表示Radar Cross Section，雷达散射截面，是表征目标在雷达波照射下所产生回波强度的一种物理量。
实施例
如图1所示
本技术方案雷达天线装置剖视图，由地层3、介质层2和天线层1组成，天线层和地层都是覆铜层。
天线覆铜层经过电化学处理得到天线结构及棋盘结构。
图2所示为天线结构示意图。
由天线所在的列向两侧棋盘贴片大小逐渐增大，天线装置中的棋盘结构由PEC和AMC交错排布。
如图3所示，棋盘结构由PEC和AMC组成，PEC由一整块金属贴片组成，AMC由n*n块正多边形贴片组成。
PEC（Perfect Electric Conductor）理想电导体，本专利中为与AMC大小相同的一整块金属贴片。AMC（Artificial Magnetic Conductor）人造磁导体，为一定数目的金属贴片间隔一定距离周期性排列而成，由n*n块贴片组成一个AMC单元。
PEC和AMC均为正多边形贴片，在实施例一中可以为正方形贴片。
图2中所示，第一棋盘式结构10、第二棋盘式结构11、第三棋盘式结构12、第四棋盘式结构13的PEC及AMC结构逐渐增大，并且当电磁波沿特定角度入射时，所述棋盘结构中PEC和AMC在天线工作中心频点处的反射相位相差180°。。
微带天线4由馈电线和辐射贴片组成，辐射贴片交叉位于馈电线两侧。
本发明中实施例AMC贴片数目为4×4时方形贴片的边长大约为天线工作中心频点对应介质波长的一半λg/2。
棋盘结构由内向外逐渐增大（雷达散射截面，是表征目标在雷达波照射下所产生回波强度的一种物理量），棋盘机构的渐变可以达到如下效果：
第一棋盘式结构10：减小电磁波垂直入射时天线表面的雷达散射截面（RCS）。
第二棋盘式结构11：减小电磁波沿（θ=40°，φ=0°）方向入射时天线表面的RCS。
第三棋盘式结构12：减小电磁波沿（θ=60°，φ=0°）方向入射时天线表面的RCS。
第四棋盘式结构13：减小电磁波沿（θ=80°，φ =0°）方向入射时天线表面的RCS。
第一棋盘式结构10、第二棋盘式结构11、第三棋盘式结构12、第四棋盘式结构13内的方块贴片结构131由小到大，第一棋盘式结构10内部小方块小于第二棋盘式结构11，第二棋盘式结构11内部小方块小于第三棋盘式结构12，第三棋盘式结构12内部小方块小于第四棋盘式结构13。
渐变棋盘式结构：第一棋盘式结构10布置于梳状天线的末端，第二棋盘式结构11，第三棋盘式结构12和第四棋盘式结构13由小到大依次排列在梳状天线的左右两侧。第一棋盘式结构10，第二棋盘式结构11，第三棋盘式结构12和第四棋盘式结构13均由相邻的理想电导体（PEC）和人造磁导体（AMC）交错排布而成。AMC由4× 4的方形贴片间隔一定距离组合而成，贴片形式也可以正三角形、正六边形等多边形。PEC的大小与所在棋盘式结构AMC整体大小保持一致，并与AMC保持一定间距。相邻的棋盘式结构同样保持一定间距。本发明中AMC方形贴片间距、PEC与AMC间距和相邻棋盘式结构间距保持一致，也可以不一样。上述贴片间间距为0.1mm。
第一棋盘式结构10与梳状天线末端的距离大约为天线工作中心频点对应空气波长的一半，即λ/2。
图6所示为频率为77GHz时的增益变化曲线图，角度θ范围在-75°≤θ≤75°。
横坐标为角度θ，单位是°；纵坐标为增益，单位是dB
在图中虚线为传统汽车雷达天线带天线罩的方位面（φ=0°）方向图，图中实线为加载渐变棋盘式RCS减小结构后汽车雷达天线带天线罩的方位面（φ＝0°）方向图。图中可以看出在使用本发明的棋盘式结构后的微带天线的增益较平稳，有效减小汽车雷达方向图的抖动。
图7所示为频率为76.5GHz时的增益变化曲线图，角度θ范围在-75°≤θ≤75°。
横坐标为角度θ，单位是°；纵坐标为增益，单位是dB
在图中虚线为传统汽车雷达天线带天线罩的方位面（φ=0°）方向图，图中实线为加载渐变棋盘式RCS减小结构后汽车雷达天线带天线罩的方位面（φ =0°）方向图。图中可以看出在使用本发明的棋盘式结构后的微带天线的增益较平稳，有效减小汽车雷达方向图的抖动。
图8所示为频率为77GHz时的增益变化曲线图，角度θ范围在-75°≤θ≤75°。
横坐标为角度θ，单位是°；纵坐标为增益，单位是dB
在图中虚线为传统汽车雷达天线带天线罩的方位面（φ=0°）方向图，图中实线为加载渐变棋盘式RCS减小结构后汽车雷达天线带天线罩的方位面（φ=0°）方向图。图中可以看出在使用本发明的棋盘式结构后的微带天线的增益较平稳，有效减小汽车雷达方向图的抖动。
如图4所示
在上述实施例的方案中组成AMC的正多边形可为图4中所示的正三角形贴片6。由6个正三角形组成AMC，再由多个AMC和PEC块组成棋盘结构。
如图5所示
在上述实施例的方案中AMC的正多边形可以为正六边形7。如图5所示为7个正六边形组成的AMC块，由多个AMC和PEC块组成棋盘结构。
本实施方案通过棋盘由小到大渐变结构，减小雷达方向图的抖动，增加雷达的视野，即提高FOV。
同时通过棋盘渐变结构，可以减小天线表面RCS，即雷达散射截面。
本发明实施例的车载雷达，通过上述的天线部件，可以在减小雷达方向图抖动的同时，稳定雷达的FOV。本发明实施例的汽车，通过上述的毫米波雷达，能够拥有更好的系统稳定性和探测性能对于车辆来说，保证了雷达车辆在进行环境识别的过程中的距离分辨率，总体上提高提高了车辆的安全驾驶性能。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (6)
1.一种天线装置，包括地层、介质层和天线层，其特征在于：
天线层包括天线及分布在天线周围的棋盘结构；
棋盘结构由PEC和AMC交错排布；
棋盘结构按列排布；
所述PEC和AMC均为正多边形金属贴片；
所述PEC由一整块贴片组成，AMC由n*n正多边形贴片组成，同一列中AMC与PEC的大小相同，且间隔设置；
所述天线由馈电线和辐射贴片组成，所述辐射贴片交叉位于所述馈电线两侧；
不同棋盘结构中的PEC和AMC在远离所述天线的方向上逐渐增大。
2.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述AMC贴片由4×4块正方形贴片组成。
3.根据权利要求2所述的天线装置，其特征在于，正方形贴片边长在天线工作中心频点对应介质波长的二分之一，即λg/2附近波动。
4.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，棋盘结构中的AMC贴片为正三角形贴片。
5.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，棋盘结构中的AMC贴片为正六边形贴片。
6.一种雷达，其特征在于，包括如权利要求1-5任一项所述的天线装置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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