CN113571910B - 一种毫米波天线、车载毫米波雷达及汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及天线领域，公开一种毫米波天线、车载毫米波雷达及汽车。一种毫米波天线包括共面波导天线；共面波导天线包括介质基板以及位于介质基板的共面波导馈电结构、辐射单元以及耦合单元；辐射单元的形状为梯形，梯形的短边与共面波导馈电结构连接；耦合单元位于梯形的长边远离短边一侧，且耦合单元与辐射单元具有重叠区域，用于与辐射单元实现信号耦合。上述毫米波天线中，介质基板的材料为低损耗角正切的基板，损耗角正切小于0.01，辐射单元为倒梯形结构，由共面波导馈电，在共面波导的相对位置设置有耦合单元与辐射单元产生耦合，用于拓展天线带宽。

Description

一种毫米波天线、车载毫米波雷达及汽车
技术领域
本发明涉及天线技术领域，特别涉及一种毫米波天线、车载毫米波雷达及汽车。
背景技术
波长为1-10毫米的电磁波称毫米波，它位于微波与远红外波相交叠的波长范围，因而兼有两种波谱的特点。毫米波在通信、雷达、遥感和射电天文等领域有大量的应用。但现有技术中毫米波天线带宽较窄。
发明内容
本发明公开了一种毫米波天线、车载毫米波雷达及汽车，用于改善现有技术中的毫米波天线带宽较窄的问题。
为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种毫米波天线，包括共面波导天线；所述共面波导天线包括介质基板以及位于所述介质基板的共面波导馈电结构、辐射单元以及耦合单元；所述辐射单元的形状为梯形，所述梯形的短边与所述共面波导馈电结构连接；所述耦合单元位于所述梯形的长边远离短边一侧，且所述耦合单元与所述辐射单元具有重叠区域，用于与所述辐射单元实现信号耦合。
上述毫米波天线中，辐射单元为倒梯形结构，由共面波导(CPW，Coplanarwaveguide)馈电，在共面波导的相对位置设置有耦合单元与辐射单元产生耦合，用于拓展天线带宽。
可选地，所述梯形为等腰梯形。
可选地，所述耦合单元为两个，两个所述耦合单元沿所述梯形的对称轴对称设置。
可选地，所述辐射单元上设有开口朝向所述共面波导馈电结构的U形槽。
可选地，所述共面波导馈电结构包括两个接地部以及与所述辐射单元连接的连接部，两个所述接地部沿所述连接部的延伸方向对称设置。
可选地，所述毫米波天线还包括与所述共面波导天线连接的金属反射腔，所述金属反射腔位于所述介质基板背离所述共面波导馈电结构一侧。
可选地，所述金属反射腔具有第一侧壁和第二侧壁，所述第一侧壁与所述第二侧壁沿所述梯形的长边的延伸方向排列；所述金属反射腔设有贯穿所述第一侧壁和所述第二侧壁的通孔。
可选地，所述通孔位于所述金属反射腔与所述共面波导馈电结构连接一侧。
可选地，所述通孔的横截面形状为多边形。
第二方面，本发明还提供一种车载毫米波雷达，包括如第一方面中任一项所述的毫米波天线。
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车载毫米波雷达。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种共面波导天线的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种毫米波天线的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种毫米波天线的主视图；
图4为本发明实施例提供的一种毫米波天线的侧视图；
图5为本发明实施例提供的一种毫米波天线的方向图；
图6为本发明实施例提供的一种毫米波天线的频带特性示意图。
图标：100-共面波导天线；110-介质基板；120-共面波导馈电结构；121-接地部；122-连接部；130-辐射单元；131-U形槽；140-耦合单元；200-金属反射腔；210-第一侧壁；220-第二侧壁；230-通孔。
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4所示，本发明实施例提供了一种毫米波天线，包括共面波导天线100；共面波导天线100包括介质基板110以及位于介质基板110的共面波导馈电结构120、辐射单元130以及耦合单元140；辐射单元130的形状为梯形，梯形的短边与共面波导馈电结构120连接；耦合单元140位于梯形的长边远离短边一侧，且耦合单元140与辐射单元130具有重叠区域，用于与辐射单元130实现信号耦合。
上述毫米波天线中，介质基板110的材料为低损耗角正切的基板，损耗角正切小于0.01，辐射单元130为倒梯形结构，由共面波导(CPW，Coplanar waveguide)馈电，在共面波导的相对位置设置有耦合单元140与辐射单元130产生耦合，用于拓展天线带宽。
在一些实施例中，参照图1，梯形辐射单元130为等腰梯形，故辐射单元130为轴对称图形。
可选地，耦合单元140为两个，两个耦合单元140沿梯形的对称轴对称设置。
在一些实施例中，参照图1，辐射单元130为倒梯形结构，由共面波导馈电结构120馈电，共面波导馈电结构120位于辐射单元130的短边一侧，在共面波导的相对位置即辐射单元130的长边一侧对称设置有两个耦合单元140与辐射单元130产生耦合，用于拓展天线带宽。
在一些实施例中，参照图1，毫米波天线中，共面波导天线100的介质基板110的尺寸为：宽度W＝6.78mm，长度L＝5.56；辐射单元130的尺寸为：长边L1＝3.71，短边L2＝2.54，耦合单元140与辐射单元130的间距H＝0.1-5mm，具体可以为0.1mm、0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm或者5mm。需要说明的是，上述各个参数均可以调整，根据调出的结果，耦合单元140的长度不超过辐射单元130的长边。
可选地，辐射单元130上设有开口朝向共面波导馈电结构120的U形槽131。
在一些实施例中，参照图1，辐射单元130中开设有倒U形槽131用于调整匹配。
可选地，共面波导馈电结构120包括两个接地部121以及与辐射单元130连接的连接部122，两个接地部121沿连接部122的延伸方向对称设置。
在一些实施例中，参照图1，共面波导馈电结构120的两个接地部121对称设置于连接部122的两侧，并且，连接部122的延伸方向可以为辐射单元130、U形槽131以及两个耦合单元140的对称轴。
可选地，毫米波天线还包括与共面波导天线100连接的金属反射腔200，金属反射腔200位于介质基板110背离共面波导馈电结构120一侧。
在一些实施例中，参照图2，反射腔为金属制成，位于共面波导天线100的下方，图2为爆炸图，实际使用时共面波导天线100和金属反射腔200紧密结合在一起如图3和图4所示，如采用粘接的方式。金属反射腔200本身作为容性加载位于共面波导天线100的下方与共面波导天线100上的辐射部(包括辐射单元130和两个耦合单元140)耦合能够提高带宽，并且金属反射腔200还作为反射器能够提高天线的方向性。
可选地，金属反射腔200具有第一侧壁210和第二侧壁220，第一侧壁210与第二侧壁220沿梯形的长边的延伸方向排列；金属反射腔200设有贯穿第一侧壁210和第二侧壁220的通孔230。
在一些实施例中，参照图2和图4，在金属反射腔200的两个相对的侧壁上开设有通孔230，通孔230形成为类似滤波器中的感性耦合窗口用于调整天线的匹配，调整通孔230的几何尺寸能够展宽天线带宽。
可选地，通孔230位于金属反射腔200与共面波导馈电结构120连接一侧。
可选地，通孔230的横截面形状为多边形，例如矩形或者其它多边形。
在一些实施例中，参照图2和图4，通孔230截面形状为矩形。
一种可能实现的方式中，参照图2，各个尺寸如下：
l＝5.56mm，w＝6.78mm，ws＝0.8mm，ls＝1.78mm，re＝1.0mm，gs＝1.34mm，
h1＝2.5mm。
各个部件的几何尺寸，尤其是匹配结构的几何尺寸都是可调的。
参照图5，本发明实施例提供的毫米波天线的辐射方向集中在0°，可见辐射集中在反射腔的正面，增益高。参照图6，反射损耗在预定频段获得了极值，表明该毫米波天线的工作状态达到预期效果(即匹配良好)，并且仿真和实测数据接近，符合预期。
第二方面，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，包括如第一方面实施例中任一种毫米波天线。
第三方面，基于同样的发明构思，本发明实施例还提供一种汽车，包括如第二方面实施例中任一种车载毫米波雷达。
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 (8)

1.一种毫米波天线，其特征在于，包括共面波导天线；
所述共面波导天线包括介质基板以及位于所述介质基板的共面波导馈电结构、辐射单元以及耦合单元；
所述辐射单元的形状为梯形，所述梯形的短边与所述共面波导馈电结构连接；
所述耦合单元位于所述梯形的长边远离短边一侧，且所述耦合单元与所述辐射单元具有重叠区域，用于与所述辐射单元实现信号耦合；
所述梯形为等腰梯形；
所述耦合单元为两个，两个所述耦合单元沿所述梯形的对称轴对称设置；且所述耦合单元的长度不超过所述辐射单元的长边。
2.根据权利要求1所述的毫米波天线，其特征在于，所述辐射单元上设有开口朝向所述共面波导馈电结构的U形槽。
3.根据权利要求1所述的毫米波天线，其特征在于，所述共面波导馈电结构包括两个接地部以及与所述辐射单元连接的连接部，两个所述接地部沿所述连接部的延伸方向对称设置。
4.根据权利要求1所述的毫米波天线，其特征在于，所述毫米波天线还包括与所述共面波导天线连接的金属反射腔，所述金属反射腔位于所述介质基板背离所述共面波导馈电结构一侧。
5.根据权利要求4所述的毫米波天线，其特征在于，所述金属反射腔具有第一侧壁和第二侧壁，所述第一侧壁与所述第二侧壁沿所述梯形的长边的延伸方向排列；所述金属反射腔设有贯穿所述第一侧壁和所述第二侧壁的通孔。
6.根据权利要求5所述的毫米波天线，其特征在于，所述通孔位于所述金属反射腔与所述共面波导馈电结构连接一侧；或者，
所述通孔的横截面形状为多边形。
7.一种车载毫米波雷达，其特征在于，包括如权利要求1-6中任一项所述的毫米波天线。
8.一种汽车，其特征在于，包括如权利要求7所述的车载毫米波雷达。
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