CN113437535B - 天线阵列、天线系统以及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天线阵列、天线系统以及电子设备。所述天线阵列包括：介质基板；第一金属层，设于所述介质基板的一表面；第二金属层，设于所述介质基板的相对另一表面；至少一收发天线，覆于所述介质基板上；以及至少两个哑元天线，覆于所述介质基板上，用以辐射相邻的收发天线的射频信号；其中，每一所述收发天线至少与一个收发天线或哑元天线相邻。本发明提供的天线阵列、天线系统以及电子设备，通过设置哑元天线的方式，保证了同一介质基板上多个收发天线收发的射频信号的辐射角度相同，进而提高收发的射频信号的精度。此外，本发明通过设置哑元天线的方式，增强了对收发天线收发射频信号时所产生的表面波的抑制作用。

Description

天线阵列、天线系统以及电子设备

技术领域

本申请涉及天线技术领域，尤其涉及一种天线阵列、天线系统以及电子设备。

背景技术

毫米波天线由于其受天气影响小的特点，被广泛应用于交通领域。但是现有技术中，毫米波天线之间由于距离较近，故毫米波天线发射的射频信号易与相邻的毫米波天线耦合，进而使得相邻的毫米波天线的辐射角度不一致。例如，第一天线工作时，会产生电磁波耦合到相邻的第二天线，进而从第二天线辐射出去。当第二天线工作时，会产生电磁波耦合到相邻的第一天线，进而从第一天线辐射出去。因此，当第一天线以及第二天线同时工作时，第一天线与第二天线的实际辐射角度会产生较大的偏差。此外毫米波天线会在介质基板上产生表面波，进一步干扰毫米波天线的射频信号精度。若将上述毫米波天线应用于车载雷达领域，则会直接影响到车载雷达的探测精度，进而危害驾驶员的人身安全。

因此，亟需对天线的结构进行改进，以克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种天线阵列、天线系统以及电子设备，以解决毫米波雷达中天线辐射角度不一致的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种天线阵列，包括：介质基板；第一金属层，设于所述介质基板的一表面；第二金属层，设于所述介质基板的相对另一表面；至少一收发天线，覆于所述介质基板上；以及至少两个哑元天线，覆于所述介质基板上，用以辐射相邻的收发天线的射频信号；其中，每一所述收发天线至少与一个收发天线或哑元天线相邻。

进一步地，所述收发天线为基片集成波导缝隙天线；每一所述基片集成波导缝隙天线包括：两组传输通孔阵列，所述两组传输通孔阵列沿同一个所述基片集成波导缝隙天线的中心线的方向相对设置。

进一步地，每一所述基片集成波导缝隙天线包括若干缝隙单元；同一个所述基片集成波导缝隙天线的缝隙单元沿所属的基片集成波导缝隙天线的中心线的两侧交替分布。

进一步地，所述哑元天线包括：两组哑元通孔阵列，沿同一个所述哑元天线的中心线的方向对称设置；所述哑元通孔阵列贯穿于所述第一金属层以及所述第二金属层。

进一步地，两组所述哑元通孔阵列的同一端均设有短路通孔阵列。

进一步地，每一所述哑元天线包括若干缝隙单元；同一个所述哑元天线的缝隙单元沿所属的哑元天线的中心线的两侧交替分布。

进一步地，相邻的所述哑元天线共用同一组哑元通孔阵列。

进一步地，所述收发天线以及所述哑元天线等间距设置于所述介质基板上。

本发明实施例还提供了一种天线系统，包括信号处理装置以及上述任一种天线阵列；所述信号处理装置用于获取所述天线阵列收发的射频信号，并对所述射频信号进行处理，以获取目标物相对于所述天线系统的方位信息。

本发明实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备搭载有至少一个上述天线系统；所述电子设备包括中央处理器，所述中央处理器用以根据所述方位信息输出预警信息。

本发明的有益效果在于，本申请实施例提供的天线阵列、天线系统以及电子设备通过设置哑元天线的方式，保证了同一介质基板上多个收发天线收发的射频信号的辐射角度相同，进而提高收发的射频信号的精度。此外，通过设置哑元天线的方式，增强了对收发天线收发射频信号时所产生的表面波的抑制作用。

附图说明

下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。

图1为本发明一示例性实施例提供的天线阵列的第一结构示意图。

图2为本发明一实施例提供的天线阵列的侧视角度的结构示意图。

图3为本发明一示例性实施例提供的天线阵列的第二结构示意图。

图4为本发明一示例性实施例提供的天线阵列的第三结构示意图。

图5为本发明一示例性实施例提供的天线阵列的第四结构示意图。

图6为现有技术中天线阵列的性能测试图。

图7为图1所示的本申请所述天线阵列的性能测试图。

图8为现有技术中天线阵列的性能测试图。

图9为图4所示的本申请所述天线阵列的性能测试图。

图10为本发明一实施例提供的一种天线系统的结构示意图。

图11为本发明一实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

参阅图1所示，本实施例提供了一种天线阵列100，天线阵列100包括：介质基板110、第一金属层120、第二金属层130、收发天线140以及哑元天线150。参阅图2所示，第一金属层120设于介质基板110的一表面。参阅图2所示，第二金属层130设于介质基板110的另一表面，本实施例在此并不限定第一金属层、第二金属层以及介质基板三者的厚度关系。示例性地，第一金属层120、第二金属层130可选为覆铜层。在本实施例中，介质基板110可采用PCB（印刷电路板）工艺制作，以降低天线阵列100的制造成本。此外，介质基板110若采用PCB工艺制作也可降低批量生产的难度。

继续参阅图1所示，至少一收发天线140覆于介质基板110上，至少两个哑元天线150，覆于介质基板110上，用以辐射相邻的收发天线的射频信号。其中，每一所述收发天线至少与一个收发天线或哑元天线相邻。进一步地，每一所述收发天线的中心线与相邻的收发天线的中心线或哑元天线的中心线距离相等，以提高同一介质基板上的各个收发天线的辐射角度的一致性。此外，在收发天线收发射频信号时产生的表面波也会被相邻的哑元天线或收发天线所吸收，故本实施例提供的天线阵列100也可抑制收发天线所产生的表面波，进一步增加收发的射频信号的精度。

可选地，收发天线140为基片集成波导缝隙天线。每一所述基片集成波导缝隙天线还包括两组传输通孔阵列141，两组传输通孔阵列141沿同一个所属的基片集成波导缝隙天线的中心线的方向相对设置。其中，两组传输通孔阵列141均贯穿第一金属层120以及第二金属层130。在本实施例中，传输通孔阵列141由若干金属化通孔组成，以实现波导的场传播。可选地，上述金属化通孔的孔径相等，以至当天线阵列100出现故障时，能够降低维修人员故障排查的难度。此外，两组传输通孔阵列的同一端均设有基片集成波导缝隙天线的短路通孔阵列144，短路通孔阵列144用以限制射频信号的收发范围，以实现提高射频信号的强度的目的。

继续参阅图1所示，第一金属层120在传输通孔阵列141远离基片集成波导缝隙天线的短路通孔阵列144的一端设有馈电结构142。馈电结构142用于传输基片集成波导缝隙天线所收发的射频信号。可选地，馈电结构142可为共面波导结构或微带线结构。其中，共面波导结构能够在降低制造难度的基础上，提高电路的集成度，且共面波导结构的适用灵活性更高。

若馈电结构142为微带线结构。厂商通过微带渐变线将微带线与传输通孔阵列141相连，微带渐变线能够实现基片集成波导缝隙天线的阻抗匹配。可选地，厂商也可根据需要，加装基片集成波导滤波器。示例性地，上述滤波器由若干滤波通孔阵列组成，用以除去无用电波的干扰。

继续参阅图1所示，每一所述基片集成波导缝隙天线包括若干缝隙单元143，缝隙单元用以收发射频信号。同一基片集成波导缝隙天线的缝隙单元143沿所属的基片集成波导缝隙天线的中心线的两侧交替分布。在本实施例中，收发天线的辐射层（即缝隙单元以及传输通孔阵列）设于第一金属层120上，第二金属层130作为收发天线的金属地层。亦即，缝隙单元143可为单面缝隙单元（即第一金属层上设置有缝隙单元，第二金属层上未设置缝隙单元），且每一单面缝隙单元的缝隙长度相等、每一缝隙的中心点偏离基片集成波导缝隙天线中心线的距离相等、每一缝隙宽度相等、每一缝隙的中心点与第二金属层的距离相等，以至当天线阵列100出现故障时，能够降低维修人员故障排查的难度。在其他部分实施例中，缝隙单元143可为双面对称缝隙单元（即第一金属层与第二金属层存在相对设置的缝隙单元），且每一双面对称缝隙单元的缝隙长度相等、每一缝隙的中心点偏离基片集成波导缝隙天线中心线的距离相等、每一缝隙宽度相等，以至当天线阵列100出现故障时，能够降低维修人员故障排查的难度。示例性地，缝隙单元143的数量可为8个，但也不限于此。在本实施例中，相邻的基片集成波导缝隙天线可共用同一组传输通孔阵列，以增加天线阵列100的平面集成度。

在本实施例中，哑元天线150的天线辐射方向与收发天线140的天线辐射方向相同。示例性地，收发天线140的天线类型为贴片天线时，哑元天线150的天线类型也为贴片天线，且哑元天线150的天线辐射方向与收发天线140的天线辐射方向相同。进一步地，哑元天线150与收发天线140的除馈电结构外的部分相同，以保证收发天线两侧的哑元天线或收发天线能够产生相同强度的耦合射频信号，进而确保介质基板上每一所述收发天线的射频信号的辐射角度相同。示例性地，收发天线140为基片集成波导缝隙天线时，收发天线的缝隙单元数量与哑元天线的缝隙单元数量相同。

继续参阅图1所示，哑元天线150包括：两组哑元通孔阵列151，沿同一哑元天线的中心线的方向对称设置，且哑元通孔阵列151贯穿于第一金属层120以及第二金属层130。在本实施例中，两组哑元通孔阵列151的同一端均设有哑元天线的短路通孔阵列153，哑元天线的短路通孔阵列153用以限制哑元天线上射频信号的收发范围，从而提高射频信号的收发强度。进一步地，每一所述哑元天线150包括若干缝隙单元152，其中同一个哑元天线150的缝隙单元152沿所属的哑元天线的中心线的两侧交替分布。可选地，相邻的哑元天线共用同一组哑元通孔阵列，以增加介质基板的集成度。此外，相邻的哑元天线共用同一组哑元通孔阵列，可有效降低过近的哑元天线的加工难度。

本实施例提供了两种收发天线阵列配置。其中一种收发天线的阵列配置可以参阅图1所示。图1为收发天线按照非均匀布阵方式覆于介质基板上的参考示意图。其中，哑元天线的数量可以根据厂商的实际需求而定。例如，可以按如图3所示的方式在天线阵列中配置哑元天线（收发天线以及哑元天线等间距设置在介质基板110上），以确保每一所述收发天线中心线两侧收发的射频信号耦合的天线数量相等，进而实现同一介质基板上每一收发天线的方向相等，以提高射频信号的收发精度。

另一种收发天线的阵列配置可以参阅图4所示。图4为收发天线按照均匀布阵方式覆于介质基板上的参考示意图。其中，哑元天线的数量可以根据厂商的实际需求而定。例如，可以按如图5所示的方式在天线阵列中配置哑元天线。亦即，在介质基板中心线两侧的哑元天线数量相等的基础上，增加中心线两侧的哑元天线的数量，以确保每一收发天线中心线两侧收发的射频信号所耦合的天线数量相等，进而保证同一介质基板上每一收发天线的方向相等，以提高射频信号的收发精度。

图6为现有技术中天线阵列的性能测试图，其表示现有技术中多个收发天线按照非均匀布阵方式覆于同一介质基板上时天线阵列的性能情况，其中图6中的坐标系的Y轴为天线增益，X轴为角度（Theta）。由图6可知，现有技术中的天线阵列在同一角度的天线增益值相差过大，会导致射频信号的精度降低。

图7为本申请所述天线阵列的性能测试图，其表示多个收发天线按照非均匀布阵方式覆于同一介质基板上时的天线阵列的性能情况，其中图7中的坐标系的Y轴为天线增益，X轴为角度（Theta）。

根据图6和图7所示，可清楚表示出不同收发天线在同一角度的天线增益差异减小情况。因此，通过在本申请天线阵列中设置哑元天线，能够有效提高射频信号的精度。

图8为现有技术中天线阵列的性能测试图，其表示现有技术中多个收发天线按照均匀布阵方式覆于同一介质基板上时天线阵列的性能情况，其中图8中的坐标系的Y轴为天线增益，X轴为角度（Theta）。由图8可知，现有技术中的天线阵列在同一角度的天线增益值相差过大，进而会导致射频信号的精度降低。

图9为本申请所述天线阵列的性能测试图，其表示多个收发天线按照均匀布阵方式覆于同一介质基板上时天线阵列的性能情况，其中图9中坐标系的Y轴为天线增益，X轴为角度（Theta）。

根据图8和图9所示，可清楚表示出不同收发天线在同一角度的天线增益差异的程度。因此，通过在本申请天线阵列中设置哑元天线，能够有效提高射频信号的精度。

本实施例提供的天线阵列，通过设置哑元天线的方式，保证了同一个所述介质基板上多个收发天线收发的射频信号的辐射角度相同，进而提高了收发的射频信号的精度。此外，本实施例通过设置哑元天线的方式，增强了对收发天线收发射频信号时所产生的表面波的抑制作用，进一步提高了收发的射频信号的精度。

参阅图10所示，基于同一发明构思，本实施例还提供了一种天线系统200，天线系统200包括天线阵列100以及信号处理装置210。信号处理装置210用于获取天线阵列100收发的射频信号，并对上述射频信号进行处理，以获取目标物相对于天线系统200的方位信息。

具体地，上述信号处理装置可为一处理器，射频信号经馈电结构转换为电信号，处理器通过该电信号获取目标物相对于天线系统200的方位信息。

参阅图11所示，基于同一发明构思，本实施例还提供了一种电子设备300，包括天线系统200以及中央处理器310。电子设备的中央处理器310可以根据天线系统200输出的方位信息输出预警信息以提示用户。

天线系统200包括了天线阵列100，因此，天线系统获取的方位信息更加精准。由于电子设备的预警信息通过更加精准的方位信息所得到，故电子设备的中央处理器输出的预警信息的准确率更高，进而降低了电子设备的中央处理器产生误判断的几率。

以上对本申请实施例所提供的一种天线阵列、天线系统以及电子设备进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例的技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种天线阵列，其特征在于，包括：

介质基板；

第一金属层，设于所述介质基板的一表面；

第二金属层，设于所述介质基板的相对另一表面；

至少一收发天线，覆于所述介质基板上；以及

至少两个哑元天线，覆于所述介质基板上，用以辐射相邻的收发天线的射频信号；其中，每一所述收发天线至少与一个收发天线或哑元天线相邻；

所述哑元天线包括：两组哑元通孔阵列，沿同一个所述哑元天线的中心线的方向对称设置；所述哑元通孔阵列贯穿于所述第一金属层以及所述第二金属层；相邻的所述哑元天线共用同一组哑元通孔阵列；哑元天线的天线辐射方向与收发天线的天线辐射方向相同；哑元天线与收发天线的除馈电结构外的部分为相同；每一所述收发天线的中心线与相邻的收发天线的中心线或哑元天线的中心线距离相等；

所述收发天线为基片集成波导缝隙天线；每一所述基片集成波导缝隙天线包括：两组传输通孔阵列，所述两组传输通孔阵列沿同一个所述基片集成波导缝隙天线的中心线的方向相对设置；所述两组哑元通孔阵列的同一端以及所述两组传输通孔阵的同一端均设有短路通孔阵列；每一所述基片集成波导缝隙天线包括若干缝隙单元；同一个所述基片集成波导缝隙天线的缝隙单元沿所属的基片集成波导缝隙天线的中心线的两侧交替分布；第一金属层在传输通孔阵列远离基片集成波导缝隙天线的短路通孔阵列的一端设有馈电结构。

2.如权利要求1所述的天线阵列，其特征在于，第一金属层与第二金属层存在相对设置的缝隙单元。

3.如权利要求1所述的天线阵列，其特征在于，每一所述哑元天线包括若干缝隙单元；

同一个所述哑元天线的缝隙单元沿所属的哑元天线的中心线的两侧交替分布。

4.如权利要求1所述的天线阵列，其特征在于，所述收发天线以及所述哑元天线等间距设置于所述介质基板上。

5.一种天线系统，其特征在于，包括信号处理装置以及如权利要求1-4任一项所述的天线阵列；

所述信号处理装置用于获取所述天线阵列收发的射频信号，并对所述射频信号进行处理，以获取目标物相对于所述天线系统的方位信息。

6.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备搭载有至少一个如权利要求5所述的天线系统；所述电子设备包括中央处理器，所述中央处理器用以根据所述方位信息输出预警信息。

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