CN113571900B - 一种馈电结构、毫米波天线及汽车 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及天线领域，公开一种馈电结构、毫米波天线及汽车。一种馈电结构包括：依次层叠设置的第一金属层、介质基板、第二金属层，介质基板上设有至少两列第一导电通孔组，用于连接第一金属层与第二金属层以形成基片集成波导结构；第一金属层设有与基片集成波导结构连接的馈电线；第二金属层具有用于露出介质基板的第一缺口，第一缺口处设有与馈电线配合的耦合匹配结构。耦合匹配结构与基片集成波导结构的馈电线配合实现信号耦合，改善了现有技术中的SIW天线匹配问题，插入损耗减少。
Description
技术领域
本发明涉及天线技术领域，特别涉及一种馈电结构、毫米波天线及汽车。
背景技术
基片集成波导Substrate integrated waveguide(SIW)是一种新的微波传输线形式，其利用金属通孔在介质基片上实现波导的场传播模式。现有技术中的SIW(Substrateintegrated waveguide，基片集成波导)天线的馈电结构匹配难度较高、反射损耗较大，尤其在毫米波领域很难实现大带宽低损耗。
发明内容
本发明公开了一种馈电结构、毫米波天线及汽车，用于改善了现有技术中的SIW天线匹配问题，插入损耗减少。
为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种馈电结构，包括：依次层叠设置的第一金属层、介质基板、第二金属层，所述介质基板上设有至少两列第一导电通孔组，用于连接所述第一金属层与所述第二金属层以形成基片集成波导结构；
所述第一金属层设有与所述基片集成波导结构连接的馈电线；
所述第二金属层具有用于露出所述介质基板的第一缺口，所述第一缺口处设有与所述馈电线配合的耦合匹配结构。
上述馈电结构中，介质基板上下表面各自覆铜形成第一金属层和第二金属层，通过第一导电通孔组中的导电通孔连接上下两个表面，即第一金属层和第二金属层通过第一导电通孔组中的导电通孔连接形成基片集成波导结构。第一金属层设有与基片集成波导结构连接的馈电线，第二金属层所在一侧为馈电结构的接地面，馈电结构在接地面还设置有耦合匹配结构，耦合匹配结构与基片集成波导结构的馈电线配合实现信号耦合，改善了现有技术中的SIW天线匹配问题，插入损耗减少。
可选地，所述馈电线包括匹配段以及通过所述匹配段与所述基片集成波导结构连接的固定线宽段，且所述匹配段的宽度沿其馈电方向逐渐减小。
可选地，所述馈电线在所述介质基板上的正投影与所述耦合匹配结构在所述介质基板上的正投影存在重叠区域；
所述馈电线以及所述耦合匹配结构均为轴对称图形，且所述馈电线的对称轴以及所述耦合匹配结构的对称轴确定的平面与所述介质基板所在平面垂直。
可选地，所述耦合匹配结构包括第一枝节以及与所述第一枝节垂直连接的第二枝节，且沿所述馈电方向，所述第一枝节位于所述第二枝节后侧。
可选地，所述第二枝节与所述第一枝节形成T形结构。
可选地，所述第二枝节背离所述第一枝节一侧设有开口背离所述第一枝节的第二缺口，以使所述第二枝节的宽度先变小后增大。
可选地，所述第二缺口的轮廓为钝角三角形。
可选地，所述第二枝节包括两个渐变枝节，且两个所述渐变枝节对称分布于所述第一枝节两侧；
所述渐变枝节的两端的宽度之比为1:2；和/或，
所述渐变枝节的长宽比例为2:1；或者，
所述渐变枝节的长宽比例为3:1；或者，
所述渐变枝节的长宽比例为4:1。
可选地，所述介质基板上还设有用于连接所述第一金属层与所述第二枝节的第二导电通孔组，且所述第二导电通孔组中的导电通孔排列方向与所述第二枝节的延伸方向平行。
第二方面，本发明还提供一种毫米波天线，包括如第一方面中任一项所述的馈电结构以及与所述馈电结构连接的辐射单元。
第三方面，本发明还提供一种汽车，包括如第二方面中所述的毫米波天线。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种馈电结构的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种馈电结构的后视图；
图3为本发明实施例提供的一种耦合匹配结构的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的另一种馈电结构的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的另一种馈电结构的后视图；
图6为本发明实施例提供的另一种耦合匹配结构的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的一种毫米波天线的结构示意图。
图标：100-馈电结构；110-第一金属层；111-开槽；120-介质基板；130-第二金属层；140-第一导电通孔组；150-馈电线；151-匹配段；152-固定线宽段；160-耦合匹配结构；161-第一枝节；162-第二枝节；162a-渐变枝节；163-第二缺口；164-第二导电通孔组；200-辐射单元；210-辐射贴片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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，本领域普通技术人员在没有做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。
第一方面，如图1至图6所示，本发明实施例提供了一种馈电结构100，包括：依次层叠设置的第一金属层110、介质基板120、第二金属层130，介质基板120上设有至少两列第一导电通孔组140，用于连接第一金属层110与第二金属层130以形成基片集成波导结构；第一金属层110设有与基片集成波导结构连接的馈电线150；第二金属层130具有用于露出介质基板120的第一缺口，第一缺口处设有与馈电线150配合的耦合匹配结构160。
上述馈电结构100中，介质基板120上下表面各自覆铜形成第一金属层110和第二金属层130，通过第一导电通孔组140中的导电通孔连接上下两个表面，即第一金属层110和第二金属层130通过第一导电通孔组140中的导电通孔连接形成基片集成波导结构。第一金属层110设有与基片集成波导结构连接的馈电线150，第二金属层130所在一侧为馈电结构100的接地面，接地面部分挖空，保留部分覆铜层。其中挖空区域设置有耦合匹配结构160，耦合匹配结构160与基片集成波导结构的馈电线150配合实现信号耦合，改善了现有技术中的SIW天线匹配问题，插入损耗减少。
可选地，馈电线150包括匹配段151以及通过匹配段151与基片集成波导结构连接的固定线宽段152，且匹配段151的宽度沿其馈电方向逐渐减小。
在一些实施例中，介质基板120上下表面各自覆铜，通过导电通孔连接上下两个表面。参照图1和图4，为了防止电磁泄漏，导电通孔的直径d与相邻导电通孔间距s以及相邻两列导电通孔组间距a之间满足以下关系：s/d＜3且d＜0.2a。匹配段151为在馈电结构100的一个金属表面挖槽形成，且槽底露出介质基板120。
在一些实施例中，匹配段151的长度Lt为0.1-10mm，例如0.1mm、0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm、5mm、5.5mm、6mm、6.5mm、7mm、7.5mm、8mm、8.5mm、9mm、9.5mm或者10mm；匹配段151的宽度Wt为0.5-5mm，例如0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm或者5mm；固定线宽段152的宽度Wf为0.1-5mm，例如0.1mm、0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm或者5mm。
在一些实施例中，参照图1和图4，开槽111对称设置于匹配段151两侧；开槽111与固定线宽段152对应的部分宽度Wn为0.1-3mm，例如0.1mm、0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm或者3mm；开槽111与匹配段151对应的部分为三角形开口。
可选地，参照图1和图4，馈电线150在介质基板120上的正投影与耦合匹配结构160在介质基板120上的正投影存在重叠区域；馈电线150以及耦合匹配结构160均为轴对称图形，且馈电线150的对称轴以及耦合匹配结构160的对称轴确定的平面与介质基板120所在平面垂直。
在一些实施例中，参照图2和图3以及图5和图6，耦合匹配结构160包括第一枝节161以及与第一枝节161垂直连接的第二枝节162，且沿馈电方向，第一枝节161位于第二枝节162后侧。
可选地，第二枝节162与第一枝节161形成T形结构。
在一些实施例中，参照图3和图6，耦合匹配结构160整体为T形的轮廓。第一枝节161即匹配枝节为开路线。耦合匹配结构160的线宽可以调整，以调整与馈线的耦合程度。
可选地，第二枝节162背离第一枝节161一侧设有开口背离第一枝节161的第二缺口163，以使第二枝节162的宽度先变小后增大。
需要说明的是，第二枝节162的宽度先变小后增大可以为线性渐变，也可以为其它如弧形轮廓渐变。
可选地，参照图2，第二缺口163的轮廓为钝角三角形，且钝角三角形钝角位于钝角三角形朝向第一枝节161一侧。
可选地，第二枝节162包括两个渐变枝节162a，且两个渐变枝节162a对称分布于第一枝节161两侧；渐变枝节162a的两端的宽度之比为1:2；和/或，
渐变枝节162a的长宽比例为2:1；或者，
渐变枝节162a的长宽比例为3:1；或者，
渐变枝节162a的长宽比例为4:1。
在一些实施例中，参照图2，耦合匹配结构160整体为T形的轮廓。渐变枝节162a对称分布在匹配枝节的两侧。匹配枝节为开路线。渐变枝节162a从中心向外的方向宽度逐渐增大，每个渐变枝节162a形成为三角形的渐变轮廓。耦合匹配结构160的线宽可以调整，以调整与馈线的耦合程度。渐变枝节162a最短的纵向宽度和最宽的纵向宽度大约为1：2。渐变枝节162a的长宽比例优选为2：1，在调整时可适度调整为3：1或者4：1，细条状效果最佳。
可选地，介质基板120上还设有用于连接第一金属层110与第二枝节162的第二导电通孔组164，且第二导电通孔组164中的导电通孔排列方向与第二枝节162的延伸方向平行。
在一些实施例中，参照图5和图6，耦合匹配结构160还可以是短路的T字形。通孔位于T字形的两个臂上，一端连接耦合匹配结构160，一端连接上表面的覆铜(接地层)。短路接的开路传输线能够调整匹配。
本发明实施例提供的馈电结构100改善了现有技术中的SIW天线匹配问题，插入损耗减少经测试，该馈电结构100的插入损耗在1dB以下。
第二方面，基于同样的发明构思，本发明实施例还提供一种毫米波天线，包括如第一方面实施例中任一种馈电结构100以及与馈电结构100连接的辐射单元200。
在一些实施例中，参照图7，上述毫米波天线包括互相垂直设置的馈电结构100和辐射单元200。辐射单元200的上表面设置有辐射贴片210，背面为接地面，在接地面的中央开设有耦合窗口。馈电结构100形成为SIW，通过耦合窗口将高频信号(通常为毫米波，如76-81GHz)馈送给辐射单元200。上述毫米波天线插入损耗减少且尺寸紧凑，利于系统集成。
构成辐射单元200和馈电结构100的材料为低损耗角正切的基板。
以喇叭口面作为辐射单元200，反射损耗小于等于-15dB为标准，天线的工作带宽为76-81GHz，以77GHz为中心频率，相对带宽为6.5％。
本发明实施例提供的馈电结构100并不只可用于喇叭天线，还可以作为微带天线的馈电结构100。
第三方面，基于同样的发明构思，本发明实施例还提供一种车载毫米波雷达，包括如第二方面实施例中任一种毫米波天线。
随着科技的发展，无人驾驶、智能汽车等高新技术逐渐发展起来，高级驾驶辅助系统(Advanced Driving Assistance System，ADAS)作为实现无人驾驶的前提，其重要性不言而喻。ADAS是利用安装在汽车上的各种传感器来探测车身周边环境，进行静态、动态物体的探测、识别与跟踪，从而让驾驶者或无人汽车在最短的时间内察觉到可能发生的危险，以实现汽车避障、提高驾驶安全。目前，被广泛使用的ADAS传感器方案是使用摄像头、激光雷达、毫米波雷达(或超声波雷达)组合。同超声波雷达相比，毫米波雷达具有体积小、质量轻和空间分辨率高的特点。与红外、激光、摄像头等光学传感器相比，毫米波雷达穿透雾、烟、灰尘的能力强，具有全天候全天时的特点。上述毫米波雷达是工作在毫米波波段(millimeter wave)探测的雷达。通常毫米波是指30-300GHz频域(波长为1-10mm)的电磁波。另外，毫米波导引头的抗干扰、反隐身能力也优于其他微波导引头。毫米波雷达能分辨识别很小的目标，而且能同时识别多个目标；具有成像能力，体积小、机动性和隐蔽性好。另外，毫米波雷达的抗干扰能力也优于其他车载传感器。
显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种馈电结构，其特征在于，包括：依次层叠设置的第一金属层、介质基板、第二金属层，所述介质基板上设有至少两列第一导电通孔组，用于连接所述第一金属层与所述第二金属层以形成基片集成波导结构；
所述第一金属层设有与所述基片集成波导结构连接的馈电线；
所述第二金属层具有用于露出所述介质基板的第一缺口，所述第一缺口处设有与所述馈电线配合的耦合匹配结构；所述耦合匹配结构包括第一枝节以及与所述第一枝节垂直连接的第二枝节，且沿馈电方向，所述第一枝节位于所述第二枝节后侧。
2.根据权利要求1所述的馈电结构，其特征在于，所述馈电线包括匹配段以及通过所述匹配段与所述基片集成波导结构连接的固定线宽段，且所述匹配段的宽度沿其馈电方向逐渐减小。
3.根据权利要求2所述的馈电结构，其特征在于，所述馈电线在所述介质基板上的正投影与所述耦合匹配结构在所述介质基板上的正投影存在重叠区域；
所述馈电线以及所述耦合匹配结构均为轴对称图形，且所述馈电线的对称轴以及所述耦合匹配结构的对称轴确定的平面与所述介质基板所在平面垂直。
4.根据权利要求1所述的馈电结构，其特征在于，所述第二枝节与所述第一枝节形成T形结构。
5.根据权利要求1所述的馈电结构，其特征在于，所述第二枝节背离所述第一枝节一侧设有开口背离所述第一枝节的第二缺口，以使所述第二枝节的宽度先变小后增大，其中所述第二枝节的宽度为所述第二枝节沿所述馈电线的延伸方向的尺寸。
6.根据权利要求5所述的馈电结构，其特征在于，所述第二缺口的轮廓为钝角三角形；或者，
所述第二枝节包括两个渐变枝节，且两个所述渐变枝节对称分布于所述第一枝节两侧；
所述渐变枝节的两端的宽度之比为1:2；和/或，
所述渐变枝节的长宽比例为2:1；或者，
所述渐变枝节的长宽比例为3:1；或者，
所述渐变枝节的长宽比例为4:1；
其中：所述渐变枝节的长宽比为所述渐变枝节的长度与所述渐变枝节远离另一个所述渐变枝节一端的宽度之比，所述渐变枝节的长度为所述渐变枝节沿所述第二枝节的延伸方向的尺寸，所述渐变枝节的宽度为所述渐变枝节沿所述馈电线的延伸方向的尺寸。
7.根据权利要求1所述的馈电结构，其特征在于，所述介质基板上还设有用于连接所述第一金属层与所述第二枝节的第二导电通孔组，且所述第二导电通孔组中的导电通孔排列方向与所述第二枝节的延伸方向平行。
8.一种毫米波天线，其特征在于，包括如权利要求1-7中任一项所述的馈电结构以及与所述馈电结构连接的辐射单元。
9.一种汽车，其特征在于，包括如权利要求8所述的毫米波天线。
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