CN112698298A - 一种雷达天线、雷达、无人机和设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种雷达天线、雷达、无人机和设备，该雷达天线包括与雷达芯片连接的接收天线阵列和发射天线阵列，多个接收天线在第一方向上间隔设置，多个发射天线在第一方向上间隔设置；在第一方向上，至少一个发射天线与至少一个接收天线在同一直线上，在垂直于第一方向的第二方向上，至少一个发射天线与至少一个接收天线间隔设置。由于在第二方向上至少一个发射天线与接收天线间隔设置，可以在第二方向的不同的平面上发射雷达信号，实现了在第一方向和第二方向上对物体进行检测，能够获得物体在第一方向和第二方向上的信息，即实现了物体的立体面检测，并且不需要增加其他的机械结构即可实现物体的立体面检测，结构简单，降低了成本。

Description

一种雷达天线、雷达、无人机和设备

技术领域

本发明实施例涉及雷达技术领域，尤其涉及一种雷达天线、雷达、无人机 和设备。

背景技术

随着无人机技术的发展，无人机广泛应用于植保工作中，在植保工作中， 无人机通过雷达测距避障，以实现无人机的自主飞行。

目前，毫米波雷达只能感知平面式的障碍物，比如无人机前方有一定坡度 的小山丘时，只能检测到水平方向前方有障碍，而无法检测障碍物在垂直方向 上的信息，无人机只能停止飞行或在水平方向上绕开障碍物。

为了检测障碍物在水平方向和垂直方向上的信息，毫米波雷达主要采用天 线相控阵技术或者采用机械转动方式驱动天线转动。天线相控阵技术需要在 PCB板上设置较多的天线单元组阵，导致PCB板尺寸较大，并且毫米波频段的 板材成本高，而采用机械转动方式驱动的天线，需要增加机械转动的控制部分， 并且增加了无人机的负重。

发明内容

本发明实施例提出了一种雷达天线、雷达、无人机和设备，该雷达实现了 物体的立体面检测，并且成本低。

第一方面，本发明实施例提供了一种雷达，包括与雷达芯片连接的接收天 线阵列和发射天线阵列；

所述接收天线阵列包括多个接收天线，多个所述接收天线与所述雷达芯片 连接，并且多个所述接收天线在第一方向上间隔设置；

所述发射天线阵列包括多个发射天线，多个所述发射天线与所述雷达芯片 连接，多个所述发射天线在第一方向上间隔设置；

其中，在第一方向上，至少一个发射天线与至少一个接收天线在同一直线 上，在垂直于所述第一方向的第二方向上，至少一个发射天线与至少一个接收 天线间隔设置。

可选地，在第一方向上，多个所述接收天线等间距或不等间距间隔设置， 多个所述发射天线等间距或不等间距间隔设置。

可选地，所述第一方向上相邻的两个接收天线之间的距离为雷达信号半波 长的整数倍。

可选地，在所述第一方向上多个所述接收天线在同一直线上。

可选地，在第一方向上多个所述接收天线等间距间隔设置。

可选地，在所述第一方向上相邻的两个发射天线之间的距离为雷达信号半 波长的整数倍。

可选地，在所述第二方向上相邻且间隔设置的两个发射天线之间的距离为 雷达信号半波长的整数倍。

可选地，所述接收天线和所述发射天线包括单阵子天线或者多阵子天线。

可选地，所述发射天线的数量为3个，所述接收天线的数量为4个。第二 方面，本发明实施例还提供了一种雷达，该雷达包括本发明任意实施例所述的 雷达天线。

第三方面，本发明实施例还提供了一种无人机，该无人机包括本发明任一 实施例所述的雷达。

第四方面，本发明实施例提供了一种设备，该设备包括本发明任一实施例 所述的雷达。

本发明实施例的雷达天线包括与雷达芯片连接的接收天线阵列和发射天线 阵列，接收天线阵列包括多个接收天线，多个接收天线与雷达芯片连接，并且 多个接收天线在第一方向上间隔设置；发射天线阵列包括多个发射天线，多个 发射天线与雷达芯片连接，多个发射天线在第一方向上间隔设置；其中，在第 一方向上，至少一个发射天线与至少一个接收天线在同一直线上，在垂直于第 一方向的第二方向上，至少一个发射天线与至少一个接收天线间隔设置。由于 在第二方向上至少一个发射天线与接收天线间隔设置，可以在第二方向的不同 的平面上发射雷达信号，实现了在第一方向和第二方向上对物体进行检测，能 够获得物体在第一方向和第二方向上的信息，即实现了物体的立体面检测，并 且不需要增加其他的机械结构即可实现物体的立体面检测，结构简单，降低了 成本。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种雷达天线中天线布局的示意图；

图2a是本发明实施例提供的单阵子天线的结构示意图；

图2b是本发明实施例提供的4个阵子串联成的多阵子天线的结构示意图；

图2c是本发明实施例提供的4个阵子串联再并联3列的多阵子天线的结构 示意图；

图3是本发明实施例中天线位置关系的示意图；

图4是本发明实施例列举的一种雷达的天线布局示意图；

图5是本发明实施例列举的一种雷达的天线布局示意图；

图6-图7是本发明实施例列举的一种雷达的检测效果图；

图8是本发明实施例列举的一种雷达的天线布局示意图；

图9是本发明实施例列举的一种雷达的检测效果图。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚， 下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，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，本领域技术人员在没有作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。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、 “固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成 一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间 媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于 本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含 义。

为了更好地理解本发明实施例，首先对本发明实施例所涉及到的雷达的角 度分辨率的概念进行介绍，雷达的角分辨率是雷达能分辨出两个物体的最小角 度，雷达的角分辨率越小，雷达的分辨物体的性能越好。雷达的角分辨率的计 算公式为

其中，N是雷达芯片在同一方向上的发射天线的数量与接收天 线的数量的乘积。

图1是本发明实施例提供的一种雷达天线的天线布局示意图，如图1所示， 该雷达天线可以包括雷达芯片110、接收天线阵列120和发射天线阵列130。

其中，雷达芯片110可以设置有发射引脚TX和接收引脚RX。

接收天线阵列120包括用于接收信号的多个接收天线，每个接收天线分别 与一个接收引脚RX电连接，多个接收天线在第一方向A上间隔设置。

发射天线阵列130包括用于发射信号的多个发射天线，每个发射天线分别 与一个发射引脚TX电连接，多个发射天线在第一方向A上间隔设置，且至少 一个发射天线与多个接收天线在同一直线上，在垂直于第一方向A的第二方向 B上，至少一个发射天线与接收天线间隔设置。

需要说明的是，本发明实施例所涉及到的第一方向可以为水平方向也可以 为竖直方向，当第一方向为水平方向时，第二方向为竖直方向；当第一方向为 竖直方向时，第二方向为水平方向。本发明实施例中涉及到的第一方向即为图1 中的方向A，第二方向为方向B。

另外，如图2a-2c以及图3所示，如图3所示，本发明实施例的雷达天线可 以固定于一介质上，例如固定在PCB板的表面，其中发射天线和接收天线可以 是微带天线或者喇叭天线等。可选的，接收天线和发射天线可以为单阵子天线、 多个阵子串联形成的多阵子天线、多个多阵子天线并联形成的天线中的一种， 如图2a为单阵子天线的结构示意图，图2b为4个阵子串联成的多阵子天线的 结构示意图，图2c为4个阵子串联再并联3列的多阵子天线的结构示意图，图 2a、图2b和图2c中的小方框代表阵子。

本发明示例以微带天线为示例，该微带天线可以是单振子天线或者多阵子 天线，以天线为多阵子组成的天线为示例，则在本发明实施例中天线在同一直 线上是指天线与馈线形成的节点P在某个方向上在同一直线上，其中，馈线可 以是天线与雷达芯片150连接的连接线。如图3，3个接收天线(RX1、RX2、RX3)的节点P在第一方向A上在同一直线L上，间隔设置指的是天线与馈线 形成的节点P在某个方向上具有一定距离，如图3中，两个发射天线(TX1和 TX2)的节点P在第一方向A上具有距离d，或两个发射天线(TX1和TX2) 的节点P在第二方向B上具有距离d，或者发射天线TX1的节点P与三个接收 天线(RX1、RX2、RX3)的节点P在第二方向B上具有距离d。

为了更清楚地说明本发明实施例，实施例中以雷达芯片110为3发4收的 芯片为示例对雷达天线中天线的部件进行说明，当然，在实际应用中对雷达芯 片连接接收天线和发射天线的数量不加以限制。

如图4所示，多个接收天线在第一方向A上间隔设置，多个发射天线(第 一、第二、第三发射天线)也间隔设置，并且在第一方向A上，至少一个发射 天线与至少一个接收天线在同一直线上，在垂直于第一方向A的第二方向B上， 至少一个发射天线与至少一个接收天线间隔设置，如图4所示，在第一方向A 上，第一发射天线和第三发射天线与多个接收天线在同一直线上，在第二方向B 上，第二发射天线与多个接收天线间隔设置。

其中，在第一方向A上，多个接收天线等间距或不等间距间隔设置，多个 发射天线等间距或不等间距间隔设置，即如图4所示，在第一方向A上，第一 个接收天线和第二个接收天线之间的距离可以为d，第二个接收天线和第三个接 收天线之间的距离可以为d，也可以为nd，同理，第一发射天线和第二发射天 线之间的距离可以为d，第二发射天线和第三发射天线之间的距离可以为d，也 可以为nd，其中，d为雷达信号半波长的整数倍，n为正整数。

如图4、图5和图8所示，在本发明的优选实施例中，在第一方向A上多 个接收天线在同一直线上，在第一方向A上，至少一个发射天线与至少一个接 收天线在同一直线上，在垂直于第一方向A的第二方向B上，至少一个发射天 线与至少一个接收天线间隔设置，更优选地，在第一方向A上多个接收天线等 间距间隔设置，其间距可以为一个雷达信号半波长d。

如图4、图5和图8所示，在第二方向B上，相邻且间隔设置的两个发射天 线之间的距离为雷达信号半波长的整数倍，如图4中，在第二方向B上，第一 发射天线和第二发射天线之间的距离为d，第二发射天线和第三发射天线之间的 距离为d或者nd，n为正整数，即在第二方向B上发射天线可以等间距或不等 间距设置，优选地，在第二方向B上发射天线等间距设置。

示例性的，当雷达如图4设置时，雷达的检测效果如图6所示；当雷达如 图5设置时，雷达的检测效果如图7所示，其中，图5和图6中的圆圈代表天 线，并且同一方向上相邻两个天线之间的距离d为

两行天线之间的距离d 也为

从图6或者图7中可以看出在第一方向A上N为8，在第二方向B上N 为2，此时第一方向A上雷达的角度分辨率为

第二方向B上雷 达的角度分辨率为

可以看出，如图4或者图5的方式设置的雷达可以 实现物体的立体面检测，且第一方向A的检测精度要高于第二方向B的检测精 度。

本发明另一种可选的实施方式如图8所示，该雷达天线包括3个发射天线， 分别记为第一发射天线、第二发射天线和第三发射天线，其中，在第一方向A 上，第一发射天线和4个接收天线设置于同一直线上，在第二方向B上第一发 射天线、第二发射天线和第三发射天线间隔设置，即在第一方向A上，第一发 射天线、第二发射天线和第三发射天线不在同一直线上，优选地，第二方向上 相邻两个发射天线之间的距离d与第一方向上相邻两个接收天线之间的距离d 相等，当然，在第二方向B上相邻的两个发射天线之间的距离还可以是第一方 向A上相邻两个接收天线之间的距离d的整数倍。

示例性的，当雷达天线如图8设置时，雷达的检测效果如图9所示，其中， 圆圈810为天线，圆圈820为通过软件方式插补的天线，并且同一方向上相邻 两个天线之间的距离为

两行天线之间的距离也为

从图8中可以看出，在 第一方向A上N为6，在第二方向B上N为3，此时第一方向A上雷达的角度 分辨率

第二方向B上雷达的角度分辨率为

可以看 出，如图8的方式设置的雷达可以实现物体的立体面检测，且第一方向A的检 测精度要高于第二方向B的检测精度。

本发明实施例还提供了一种雷达，该雷达包括本发明任一实施例所述的雷 达天线。

本发明实施例还提供了一种无人机，该无人机包括本发明实施例任意一种 雷达。

本发明实施例还提供了一种设备，该设备包括本发明实施例任意一种雷达。 可选地，该设备可以为有人驾驶汽车、有人驾驶轮船、无人驾驶汽车、无人驾 驶轮船等等，即本发明实施例的设备可以是移动平台或者固定平台，还可以是 有人驾驶或者无人驾驶平台，本发明实施例对此不加以限制。

本发明实施例的雷达天线，在第一方向上，至少一个发射天线与至少一个 接收天线在同一直线上，在垂直于第一方向的第二方向上，至少一个发射天线 与至少一个接收天线间隔设置。由于在第二方向上至少一个发射天线与接收天 线间隔设置，可以在第二方向的不同的平面上发射雷达信号，实现了在第一方 向和第二方向上对物体进行检测，能够获得物体在第一方向和第二方向上的信 息，即实现了物体的立体面检测，并且不需要增加其他的机械结构即可实现物 体的立体面检测，结构简单，降低了成本。

在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“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一定指的是相 同的实施例或示例。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施 方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚器件， 本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适 当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本 发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的 解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具 体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种雷达天线，其特征在于，包括与雷达芯片连接的接收天线阵列和发射天线阵列；

所述接收天线阵列包括多个接收天线，多个所述接收天线与所述雷达芯片连接，并且多个所述接收天线在第一方向上间隔设置；

所述发射天线阵列包括多个发射天线，多个所述发射天线与所述雷达芯片连接，多个所述发射天线在第一方向上间隔设置；

其中，在第一方向上，至少一个发射天线与至少一个接收天线在同一直线上，在垂直于所述第一方向的第二方向上，至少一个发射天线与至少一个接收天线间隔设置。

2.根据权利要求1所述的雷达天线，其特征在于，在第一方向上，多个所述接收天线等间距或不等间距间隔设置，多个所述发射天线等间距或不等间距间隔设置。

3.根据权利要求1所述的雷达天线，其特征在于，所述第一方向上相邻的两个接收天线之间的距离为雷达信号半波长的整数倍。

4.根据权利要求1所述的雷达天线，其特征在于，在所述第一方向上多个所述接收天线在同一直线上。

5.根据权利要求4所述的雷达天线，其特征在于，在第一方向上多个所述接收天线等间距间隔设置。

6.根据权利要求1-5任一项所述的雷达天线，其特征在于，在所述第一方向上相邻的两个发射天线之间的距离为雷达信号半波长的整数倍。

7.根据权利要求6所述的雷达天线，其特征在于，在所述第二方向上相邻且间隔设置的两个发射天线之间的距离为雷达信号半波长的整数倍。

8.根据权利要求7所述的雷达天线，其特征在于，在所述第二方向上发射天线等间距或不等间距设置。

9.根据权利要求1-5任一项所述的雷达天线，其特征在于，所述接收天线和所述发射天线包括单阵子天线或者多阵子天线。

10.根据权利要求1-5任一项所述的雷达天线，其特征在于，所述发射天线的数量为3个，所述接收天线的数量为4个。

11.一种雷达，其特征在于，所述雷达包括如权利要求1-10任一项所述的雷达天线。

12.一种无人机，其特征在于，所述无人机包括如权利要求11所述的雷达。

13.一种设备，其特征在于，所述设备包括如权利要求11所述的雷达。

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