CN111668598A - 具有寄生特征的狭槽阵列天线 - Google Patents

具有寄生特征的狭槽阵列天线 Download PDF

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Abstract

涉及一种说明性示例天线装置(20)，其包括基板(22)。基板中的多个导电构件(26、36、46)建立了基板集成波导。多个第一狭槽在和第二狭槽(5、54)在基板(22)的第一部分的外表面(51)上。每个第二狭槽(54)与第一狭槽(52)中的相应一个相关联。第一狭槽和第二狭槽(52、54)被构造成建立横跨由天线装置(20)发射的辐射射束变化的辐射方向图。多个寄生干扰件(70)包括处在基板(22)的第二部分的外表面(51)上的狭槽(72)。寄生干扰件(70)减少了由邻近天线引入的波纹效应。

Description

具有寄生特征的狭槽阵列天线
背景技术
越来越多的技术被包括在机动车辆上。雷达和激光雷达传感装置提供探测在车辆附近或路径中的物体的能力。许多这样的装置包括发射用于物体探测的辐射的辐射天线。
虽然已经证明不同的天线类型是有用的，但它们并非没有缺点或缺陷。例如，一些用于短范围或中范围探测的天线具有覆盖宽视场的能力，但是当从天线辐射的电磁波穿过车辆的仪表板时经受高损耗。这种高损耗通常与天线的垂直极化相关联。解决该问题的一种尝试是纳入水平极化。然而，与水平极化相关联的困难是阻抗带宽通常太窄而不能满足生产要求。增加阻抗带宽的一种方法包括增加天线基片材料的厚度。与该方法相关联的缺点是它增加了成本。
与一些已知雷达天线构造相关联的另一个困难是由于来自附近天线、车辆上的电子部件以及紧邻天线的其它金属或电介质材料的辐射散射导致的高频波纹的出现。更复杂的是，每个天线的辐射方向图中的波纹以不同的角度出现，并且影响用于雷达的所有天线的辐射方向图的均匀性。不均匀的辐射方向图显著降低了雷达系统的角度寻找精度。
发明内容
说明性示例天线装置包括基板。基板中的多个导电构件建立了基板集成波导(SIW)。基板的第一部分在基板集成波导内，并且基板的第二部分在基板集成波导外。多个第一狭槽在基板的第一部分的外表面上。多个第二狭槽也在基板的第一部分的外表面上。每个第二狭槽与第一狭槽中的相应一个相关联。第一狭槽和第二狭槽被构造成建立横跨由天线装置发射的辐射射束来变化的辐射方向图。多个寄生干扰件(中断)包括处在基板集成波导的第一侧上的寄生干扰件中的至少第一一个和处在基板集成波导的第二、相对侧上的寄生干扰件中的至少第二一个。
在具有先前段落的天线装置的一个或多个特征的示例性实施例中，这些寄生干扰件分别包括：狭槽，其沿着基板的第二部分的外表面，以及至少一个导电连接器，其在第二部分的靠近狭槽两侧的外表面与靠近基板的相对侧的导电层之间建立导电连接。
在具有任意先前段落中的天线装置的一个或多个特征的示例性实施例中，至少一个导电连接器包括多个导电构件。
在具有任意先前段落中的天线装置的一个或多个特征的示例性实施例中，寄生干扰件的狭槽的具有对应于被引导的波长的四分之一的深度。
在具有任意先前段落中的天线装置的一个或多个特征的示例性实施例中，寄生干扰件的狭槽被衬有导电材料。
在具有任意先前段落中的天线装置的一个或多个特征的示例性实施例中，导电材料包括金属，并且在基板的相对侧附近的导电层包括金属。
在具有任意先前段落中的天线装置的一个或多个特征的示例性实施例中，该金属是铜
在具有任意先前段落中的天线装置的一个或多个特征的示例性实施例中，第一狭槽发射的辐射具有第一特征，并且第二狭槽发射的辐射具有不同于第一特征的第二特征。
在具有任意先前段落中的天线装置的一个或多个特征的示例性实施例中，第一特征和第二特征分别包括发射的辐射的功率、发射的辐射的相位或发射辐射的增益中的至少一个。
在具有任意先前段落中的天线装置的一个或多个特征的示例性实施例中，第一特征和第二特征使辐射射束辐射射束的增益朝向辐射方向图的一侧偏置。
在具有任意先前段落中的天线装置的一个或多个特征的示例性实施例中，第一狭槽具有第一长度，第二狭槽具有第二长度，并且第一特征和第二特征分别基于第一长度和第二长度。
在具有任意先前段落中的天线装置的一个或多个特征的示例性实施例中，关联的第一狭槽和第二狭槽之间的间隔沿着基板集成波导的长度变化。
在具有任意先前段落中的天线装置的一个或多个特征的示例性实施例中，间隔控制了穿过相关联的第一狭槽和第二狭槽发射的辐射的强度。
在具有任意先前段落中的天线装置的一个或多个特征的示例性实施例中，基板包括多个基板集成波导，寄生干扰件中的至少一第一寄生干扰件在每个基板集成波导的第一侧上，并且寄生干扰件中的至少一第二干扰件在每个基板集成波导的第二、相对的侧上。
在具有任意先前段落中的天线装置的一个或多个特征的示例性实施例中，每个基板集成波导包括处在基板集成波导的相对端部之间的输入端口，寄生干扰件中的至少一些在输入端口中的相应一个的一侧，并且寄生干扰件中的至少另外的一些在输入端口中的相应一个的不同一侧。
在具有任意先前段落中的天线装置的一个或多个特征的示例性实施例中，基板集成波导被对齐成彼此平行，寄生干扰件与基板集成波导平行，去至基板集成波导中的至少一个的输入端口位于邻近的基板集成波导之间；并且寄生干扰件中的至少一些位于邻近的基板集成波导之间。
在具有任意先前段落中的天线装置的一个或多个特征的示例性实施例中，基板集成波导的第一侧上的多个寄生干扰件与基板集成波导的第二侧上的多个寄生干扰件不同。
在具有任意先前段落中的天线装置的一个或多个特征的示例性实施例中，外表面包括金属层。
一个制作天线装置的方法的说明性示例，包括：在基板的第一部分的外表面上建立多个第一狭槽，该基板包括基板集成波导(SIW)，基板的第一部分在基板集成波导内，并且基板的第二部分在基板集成波导外；在基板的第一部分的外表面上建立多个第二狭槽，每个第二狭槽与第一狭槽中的相应一个相关联，第一狭槽和第二狭槽被构造成建立横跨由天线装置发射的辐射射束辐射射束变化的辐射方向图；以及建立多个寄生干扰件，寄生干扰件中的至少一第一寄生干扰件处在基板集成波导的第一侧上并且寄生干扰件中的至少一第二寄生干扰件处在基板集成波导的相对的第二侧上。
在具有先前段落的方法的一个或多个特征的示例性实施例中，外表面包括第一导电层。分别建立寄生干扰件，包括：形成沿着基板的第二部分的外表面的狭槽，使形成的狭槽衬有导电材料，以及在第二部分的靠近狭槽两侧的外表面与靠近基板的相对侧的导电层之间建立导电连接。
附图说明
通过以下详细说明，至少一个公开的示例实施例的各种特征和优点对于本领域技术人员将变得显而易见。伴随具体实施方式的附图可以简要说明如下。
图1示意性地示出了天线装置的示例实施例。
图2示出了图1的实施例的选择的特征。
图3以图形方式示出了由天线设备的示例性实施例发射的示例性辐射方向图。
图4是沿图1中的线4-4截取的横截面视图。
图5以图形方式示出了由图1的实施例发射的示例性辐射方向图。
图6以图形方式示出了如果不存在图1的实施例的特征则可能产生的示例性辐射方向图。
具体实施方式
图1示意性地示出了天线装置20的示例实施例。基板22包括多个基板集成波导(SIW)。第一基板集成波导24建立在若干导电构件26之间，该导电构件在该示例中是导电通孔。在该示例中也是导电通孔的导电构件28建立第一基板集成波导24的第一输入端口30。第二基板集成波导34建立在若干导电构件36之间。导电构件38将第二输入端口40建立到第二基板集成波导34中。在所示示例中包括被限定在若干导电构件46之间的第三SIW 44。导电构件48将第三输入端口50建立到第三基板集成波导44中。在该示例中，所有导电构件36、38、46和48都是导电通孔。
基板集成波导24、34和44内的基板22的部分均被称为基板22的第一部分。处于基板集成波导外部的基板22的其余部分被称为基板22的第二部分。
基板22的外表面51包括导电材料层。在该示例中，外表面51包括诸如铜的金属。基板22的第一部分的外表面包括多个第一狭槽52和多个第二狭槽54。第一狭槽52和第二狭槽54允许相应的基板集成波导内的能量穿过狭槽52和54辐射出去。具有狭槽52和54的每个基板集成波导用作天线。
第一狭槽52发射的辐射具有与穿过第二狭槽54发射的辐射不同的特征。不同的特征可以是辐射的功率、相位或增益中的任何一个。在所示的示例中，不同的特征源自第一狭槽52与第二狭槽54相比尺寸不同。
每个第二狭槽54与第一狭槽52中的一个相关联。图2示出了示例性成组的第一狭槽52和相关联的第二狭槽54。第一狭槽52的第一长度L1比第二狭槽54的第二长度L2长。在所示示例中，所有第一狭槽52都比它们相关联的第二狭槽54长。不同的长度L1和L2提供由每个基板集成波导天线来发射的辐射射束之间变化的辐射方向图。不同的长度产生了辐射的不同相位，并且沿着基板集成波导的一侧的第一狭槽52和沿着基板集成波导的另一侧的第二狭槽54的布置提供了使辐射的增益从基板集成波导天线益朝向一侧偏置的相位倾斜。
图3包括横跨示例性辐射射束的辐射方向图的增益的曲线图60。增益在62处高于在64处并且偏向辐射射束的一侧。这样的辐射方向图使得示例性实施例例如可用于中程雷达，并且在显著距离上提供窄仰角以及宽范围方位角。像图3的示例那样使增益偏置到一侧允许例如策略性地将多个天线装置20放置在车辆上，以实现围绕车辆周界的期望的感测或检测辐射方向图。
相关联的第一狭槽和第二狭槽52和54以间隔S间隔开。间隔S沿着对应的基板集成波导的长度变化。与其它相关联的第一狭槽和第二狭槽52和54之间的间隔相比，在基板集成波导的输入部和基板集成波导端部附近的间隔S较小。相关联的第一狭槽52和第二狭槽54之间的不同间隔伴随着相应的狭槽52和54与建立了基板集成波导的边界的导电构件26、36或46之间的不同距离。图2中D处所示的距离影响来自对应狭槽的辐射强度。较小的距离D提供较强的辐射。沿着基板集成波导的长度改变间隔S和距离D实现了期望的辐射射束的渐缩。在所示的示例中，辐射射束在该射束的边缘附近渐缩。
图1的示例实施例包括最小化或消除基板集成波导天线之间的干扰或联接的多个寄生干扰件70。寄生干扰件70还用于减少由天线装置20附近的其它装置引起的干扰。寄生干扰件70包括处在基板集成波导外部的基板的第二部分的外表面51上的狭槽72。狭槽72的深度对应于被引导的波长的四分之一。寄生干扰件70还包括处在狭槽72的相对侧上的多个导电连接器74。
如图4所示，狭槽72具有导电涂层或衬里80。在该示例中，导电衬里80包括诸如铜的金属层。导电连接器74在外层51与靠近基板22的相对侧的另一导电层82之间建立导电连接。在该示例中，导电层82建立或限定基板22的相对侧的外表面，并且用作接地层。
该示例中的导电连接器74是导电通孔。导电连接器74建立导电栅栏，该导电栅栏形成或建立扼流器的侧部，该扼流器包括处在两行导电连接器74之间的狭槽72。这些狭槽中的一些在狭槽72的一侧具有导电连接器74，而在狭槽72的另一侧具有邻近基板集成波导的一侧的导电构件26、36或46。图4所示的示例包括位于基板集成波导24的左侧(根据图1)的两个狭槽72，并且导电构件26还用作导电连接器以建立或限定图4中示出的扼流器中的一个的一侧。寄生干扰件70的一些示例扼流器包括导电构件28、38、48，导电构件28、38、48分别将输入端口30、40和50建立成为狭槽72中的一个的一侧上的至少一些导电连接器。狭槽72和导电连接器74(且某些情况下导电构件26、28、36、38、46或48)在基板集成波导天线之间建立了具有减少天线耦合的大体上U形金属表面横截面的扼流器。扼流器使电能或电流沿外表面51的流动中断。
如图1所示，基于每一侧上的狭槽72的数量，在基板集成波导的两侧上存在不同数量的寄生干扰件70。考虑到示例性基板集成波导天线的偏置增益，放置不同数量的狭槽以解决其中能量可能沿着外表面51传播并导致基板集成波导天线之间耦合的方式。
寄生干扰件70确保了天线装置20的各个天线的辐射方向图的期望轮廓或平滑度。图5示出了横跨对应于来自基板集成波导天线中的每个的辐射的输出束的三个束的期望的辐射方向图。如果寄生干扰件不存在，则基板集成波导天线之间将存在耦合，并且形成的辐射方向图将类似于图6中94所示的那样。如在96处所示，该耦合具有引起辐射方向图凹陷(dip)的效果，这是不希望的。寄生干扰件70防止这种凹陷。另外，寄生干扰件70允许更多的天线装置20放置成彼此靠近，以提供来自每个天线的较宽的辐射射束覆盖，这允许围绕车辆的周界或外部进行更全面和一致的扫描或检测。
前面的说明本质上是说明性的而不是限制性的。在不脱离本发明的实质的情况下，对所公开的示例实施例的变体和变形对本领域技术人员而言将变得显而易见。提供给本发明的法律保护范围只能通过研究以下权利要求来确定。

Claims (20)

1.一种天线装置(20)，包括：
基板(22)；
多个导电构件(26、36、46)，所述多个导电构件(26、36、46)在所述基板(22)中，多个导电构件(26、36、46)建立基板集成波导(24、34、44)，所述基板(22)的第一部分在所述基板集成波导(24、34、44)内，而所述基板(22)的第二部分在所述基板集成波导(24、34、44)外；
多个第一狭槽(52)，所述第一狭槽(52)在所述基板(22)的第一部分的外表面(51)上；
多个第二狭槽(54)，所述第二狭槽(54)在所述基板(22)的第一部分的外表面(51)上，每个所述第二狭槽(54)与所述第一狭槽(52)中的相应一个相关联，所述第一狭槽和所述第二狭槽(52、54)被构造成建立横跨由所述天线装置(20)发射的辐射射束变化的辐射方向图；以及
多个寄生干扰件(70)，所述寄生干扰件(70)中的至少第一寄生干扰件处在所述基板集成波导(24、34、44)的第一侧上并且所述寄生干扰件(70)中的至少第二寄生干扰件处在所述基板集成波导(24、34、44)的相对的第二侧上。
2.根据权利要求1所述的天线装置(20)，其特征在于，所述寄生干扰件(70)分别包括：
狭槽(72)，所述狭槽(72)沿着所述基板(22)的第二部分的外表面(51)，以及
至少一个导电连接器(74)，所述至少一个导电连接器(74)在所述第二部分的靠近所述狭槽(21)两侧的所述外表面(51)与靠近所述基板(22)的相对侧的导电层(82)之间建立导电连接。
3.根据权利要求2所述的天线装置(20)，其特征在于，所述至少一个导电连接器(74)包括多个导电构件(74)。
4.根据权利要求2所述的天线装置(20)，其特征在于，所述寄生干扰件的狭槽(72)的具有对应于被引导的波长的四分之一的深度。
5.根据权利要求2所述的天线装置(20)，其特征在于，所述寄生干扰件的狭槽(72)被衬有导电材料。
6.根据权利要求5所述的天线装置(20)，其特征在于，
所述导电材料包括金属，并且
在所述基板(22)的相对侧附近的所述导电层(82)包括金属。
7.根据权利要求6所述的天线装置(20)，其特征在于，所述金属是铜。
8.根据权利要求1所述的天线装置(20)，其特征在于，
所述第一狭槽(52)发射的辐射具有第一特征；并且
所述第二狭槽(54)发射的辐射具有不同于所述第一特征的第二特征。
9.根据权利要求8所述的天线装置(20)，其特征在于，
所述第一特征和所述第二特征分别包括发射的辐射的功率、发射的辐射的相位或发射辐射的增益中的至少一个。
10.根据权利要求8所述的天线装置(20)，其特征在于，所述第一特征和所述第二特征使所述辐射射束的增益朝向所述辐射方向图的一侧偏置。
11.根据权利要求8所述的天线装置(20)，其特征在于，
所述第一狭槽(52)具有第一长度；
所述第二狭槽(54)具有第二长度；并且
所述第一特征和所述第二特征分别基于所述第一长度和所述第二长度。
12.根据权利要求1所述的天线装置(20)，其特征在于，关联的所述第一狭槽和所述第二狭槽(52、54)之间的间隔(S)沿着所述基板集成波导(24、34、44)的长度变化。
13.根据权利要求12所述的天线装置(20)，其特征在于，所述间隔(S)控制了穿过相关联的所述第一狭槽和所述第二狭槽(52、54)发射的辐射的强度。
14.根据权利要求1所述的天线装置(20)，其特征在于，
所述基板(22)包括多个基板集成波导(24、34、44)；
所述寄生干扰件(70)中的至少第一寄生干扰件在每个基板集成波导(24、34、44)的第一侧上；并且
所述寄生干扰件(70)中的至少第二寄生干扰件在每个基板集成波导(24、34、44)的相对的第二侧上。
15.根据权利要求14所述的天线装置(20)，其特征在于，
每个基板集成波导(24、34、44)包括处在所述基板集成波导(24、34、44)的相对端部之间的输入端口(30、40、50)；
所述寄生干扰件(70)中的至少一些在所述输入端口(30、40、50)中的相应一个的一侧；并且
所述寄生干扰件(70)中的至少另外的一些在所述输入端口(30、40、50)中的所述相应一个的不同一侧。
16.根据权利要求14所述的天线装置(20)，其特征在于，
所述基板集成波导(24、34、44)被对齐成彼此平行；
所述寄生干扰件(70)与所述基板集成波导(24、34、44)平行；
去至所述基板集成波导(24、34、44)中的至少一个的输入端口(30、40、50)位于邻近的基板集成波导(24、34、44)之间；并且
所述寄生干扰件(70)中的至少一些位于邻近的基板集成波导(24、34、44)之间。
17.根据权利要求1所述的天线装置(20)，其特征在于，所述基板集成波导(24、34、44)的第一侧上的多个所述寄生干扰件(70)与所述基板集成波导(24、34、44)的第二侧上的多个所述寄生干扰件(70)不同。
18.根据权利要求1所述的天线装置(20)，其特征在于，所述外表面(51)包括金属层。
19.一种制作天线装置(20)的方法，所述方法包括：
在基板(22)的第一部分的外表面(51)上建立多个第一狭槽(52)，所述基板(22)包括基板集成波导(24、34、44)，所述基板(22)的第一部分在所述基板集成波导(24、34、44)内，而所述基板(22)的第二部分在所述基板集成波导(24、34、44)外；
在所述基板(22)的第一部分的外表面(51)上建立多个第二狭槽(54)，每个所述第二狭槽(54)与所述第一狭槽(52)中的相应一个相关联，所述第一狭槽和所述第二狭槽(52、54)被构造成建立横跨由所述天线装置(20)发射的辐射射束来变化的辐射方向图；以及
建立多个寄生干扰件(70)，所述寄生干扰件(70)中的至少第一寄生干扰件处在所述基板集成波导(24、34、44)的第一侧上并且所述寄生干扰件(70)中的至少第二寄生干扰件处在所述基板集成波导(24、34、44)的相对的第二侧上。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，
所述外表面(51)包括第一导电层；并且
分别建立所述寄生干扰件(70)，包括：
形成沿着所述基板(22)的第二部分的外表面(51)的狭槽(72)，
使形成的狭槽(72)衬有导电材料，以及
在所述第二部分的靠近所述狭槽两侧的外表面(51)与靠近所述基板(22)的相对侧的导电层(82)之间建立导电连接(74)。
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