CN113594679A - 一种雷达天线 - Google Patents

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Abstract

本申请公开一种雷达天线，本申请通过在天线单元周围设置多个金属贴片，每个金属贴片包括第一金属单元和第二金属单元，其中，第一金属单元和第二金属单元均为L形结构，第一金属单元和第二金属单元构成对角有空隙的方形结构，可以降低雷达天线的雷达散射截面，抑制天线表面波，提高雷达天线的方位面增益曲线的光滑度，提高雷达天线的测角精度。

Description

一种雷达天线
技术领域
本发明涉及天线领域，尤其涉及一种雷达天线。
背景技术
随着科技的发展，雷达天线被广泛应用于工厂自动化生产、楼宇自动化、城市交通管理、汽车高级驾驶辅助系统、自动驾驶等诸多需要人机交互的场合。然而雷达在使用时，雷达安装位置导致雷达辐射的电磁波形成多次反射，多次反射的信号有可能导致对目标位置或角度值的错误估计，周围的材料会对雷达辐射的电磁波进行反射，另外雷达天线表面波可以延介质表面一直传播到辐射天线以外，并在遇到不连续点时产生辐射，造成天线方向图畸变，使得天线的方位面增益曲线的抖动较大，导致雷达天线的测角结果误差较大。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种雷达天线，可以降低雷达天线的雷达散射截面，抑制天线表面波，提高雷达天线的方位面增益曲线的光滑度，提高雷达天线的测角精度。
为了达到上述申请的目的，本申请提供了一种雷达天线，所述雷达天线包括天线单元和多个金属贴片；
每个金属贴片包括第一金属单元和第二金属单元；其中，所述第一金属单元和所述第二金属单元均为L形结构，所述第一金属单元和所述第二金属单元构成对角有空隙的方形结构。
在一种可能的实现方式中，所述雷达天线还包括介质基板，所述天线单元的馈电端在所述介质基板的预设位置；所述预设位置位于所述介质基板的第一区域。
在一种可能的实现方式中，所述多个金属贴片在所述介质基板的第二区域呈阵列分布，所述第一区域和所述第二区域不重合。
在一种可能的实现方式中，所述第一金属单元和所述第二金属单元的L形结构的尺寸相同；
所述L形结构包括相互垂直的两条边，所述两条边的长度相同。
在一种可能的实现方式中，所述L形结构的每条边长度为0.43毫米至0.63毫米，宽度为0.11毫米至0.2毫米。
在一种可能的实现方式中，所述空隙的长度为0.1毫米至0.15毫米。
在一种可能的实现方式中，所述天线单元包括微带天线或梳状天线。
在一种可能的实现方式中，所述梳状天线的工作频段为76GHz至81GHz。
在一种可能的实现方式中，所述梳状天线的枝节贴片长度为八分之三介质波长至八分之五介质波长。
在一种可能的实现方式中，所述介质基板的厚度为0.127毫米至0.254毫米。
实施本申请，具有如下有益效果：
本申请通过在天线单元周围设置多个金属贴片，每个金属贴片包括第一金属单元和第二金属单元，其中，第一金属单元和第二金属单元均为L形结构，第一金属单元和第二金属单元构成对角有空隙的方形结构，可以降低雷达天线的雷达散射截面，抑制天线表面波，提高雷达天线的方位面增益曲线的光滑度，提高雷达天线的测角精度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1为本申请实施例提供的一种雷达天线的切面示意图；
图2为本申请实施例提供的一种雷达天线的俯视面示意图；
图3为本申请实施例提供的一种金属贴片的示意图；
图4为本申请另一实施例提供的一种金属贴片的示意图；
图5为本申请另一实施例提供的一种雷达天线的俯视面示意图；
图6为本申请实施例提供的一种L形结构的尺寸示意图；
图7为本申请实施例提供的一种金属贴片的空隙尺寸示意图；
图8为本申请实施例提供的一种不同角度处的天线方位面增益曲线；
图9为本申请实施例提供的一种不同角度处的RCS曲线。
图中，01-天线覆铜层，02-介质基板，03-地层覆铜板，10-雷达天线，100-天线单元，200-金属贴片，201-第一金属单元，202-第二金属单元，203、204-对角的空隙，205-第一金属单元201的一端，206-第二金属单元202的一端，L1、L2-L形结构相互垂直的两条边，l-L1、L2的边长，d-L1、L2的宽度，a-空隙203的长度，b-空隙204的长度，
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，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，本领域普通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，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或服务器不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
为了实现本申请的技术方案，让更多的工程技术工作者容易了解和应用本申请，将结合具体的实施例，进一步阐述本申请的工作原理。
本申请中的雷达天线可应用于汽车高级驾驶辅助、自动驾驶、城市交通管理、工厂自动化、楼宇自动化等诸多领域。雷达天线是一种用于发射和接收电磁能量的设备。雷达天线可以根据自身的方向图特性来接收空间中来自各个方向的信号。然而，当雷达天线需要测量目标障碍物的角度或距离时，周围空间出现的非目标障碍物会使雷达天线在测量中受到杂波干扰。例如，汽车上安装毫米波雷达进行测距，毫米波雷达可以安装在汽车保险杠的后面，而保险杠可能是由一些低成本的塑料材料制成的复杂多层结构，这些塑料材料的介电常数介于2至8，并且保险杠表面涂层可能含有金属颗粒，因此，保险杠可以强烈地反射电磁波，造成对毫米波雷达中天线的干扰。本申请通过在天线单元周围设置多个双L形金属贴片，可以解决上述问题。
本申请实施例中的雷达天线具备如图1所示的切面结构。如图1所示，雷达天线可以包括天线覆铜层01、介质基板02和地层覆铜板03。介质基板02的一面附有天线覆铜层01，另一面附有地层覆铜板03，天线覆铜层01上可以利用光刻腐蚀等方法进行天线单元的制作，地层覆铜板03可以作为接地板。
以下介绍本申请一种雷达天线的结构示意图，如图2所示，该雷达天线10可以包括天线单元100和多个金属贴片200。天线单元100用于接收外部射频端口的射频信号，并将该射频信号进行辐射。如图3所示，每个金属贴片200包括第一金属单元201和第二金属单元202。其中，第一金属单元201和第二金属单元202均为L形结构。第一金属单元201和第二金属单元202构成对角有空隙的方形结构，对角的两个空隙为图3中的203和204。
本说明书实施例中，第一金属单元201和第二金属单元202构成的方形结构可以为长方形结构，也可以为正方形结构，本申请对此不作限定。另外，需要说明的是，图3示出的仅为第一金属单元201和第二金属单元202形成的对角空隙的一种示例，具体为：第一金属单元201的一端205与第二金属单元202的间隔，形成空隙203；第二金属单元202的一端206与第一金属单元201的间隔，形成空隙204。
图4为本申请另一实施例提供的一种第一金属单元201和第二金属单元202形成的对角空隙的示意图。如图4所示，第一金属单元201的一端205与第二金属单元202的一端207均进行延伸，第二金属单元202的另一端206与第一金属单元201的另一端208均进行延伸，可以得到方形结构，延伸区域形成空隙203和204。
该实施例中，通过在天线单元周围设置多个金属贴片，并将每个金属贴片设置为对角有空隙的方形结构，可以使多个金属贴片形成预设结构的AMC(artificial magneticconductor，人工磁导体)，减小天线方位面增益曲线的抖动。本申请说明书中，多个金属贴片形成的预设结构的AMC具有高阻性能，AMC表面的阻抗为Z，其中，阻抗Z的公式为：
Figure BDA0003189054750000041
其中，j为虚数单位，w为角频率，L为电感量，C为电容量。在谐振频率w0处，f0公式如下：
Figure BDA0003189054750000051
根据公式ω0＝2πf0可知，谐振频率处，AMC表面阻抗趋近于无穷大，此时AMC的表面波将被抑制。
另外，电磁波入射到阻抗为Z的表面时，表面会有电磁波反射回来，反射系数可以用下述公式表示：
Figure BDA0003189054750000052
其中，Γ为反射系数，η为自由空间的波阻抗，在谐振频率处，AMC表面阻抗趋近于无穷大，反射系数为1。反射系数为1，可以表示雷达天线的高阻抗表面反射波与入射波同相，反射相位并不发生变化，说明高阻抗表面的反射波与天线单元表面的反射波相位相差180度，二者的反射波可以互相抵消，雷达天线的RCS将被大大降低。
在一种可能的实现方式中，雷达天线中天线单元100的馈电端在介质基板02的预设位置，该预设位置位于介质基板02的第一区域。其中，馈电端是指接收外部射频信号的端口，第一区域是指天线单元所覆盖的区域。
在一种可能的实现方式中，多个金属贴片在介质基板的第二区域呈阵列分布，其中第一区域和第二区域没有交集，第二区域为介质基板02上第一区域以外的区域，第二区域在天线单元01非馈电端向外的三个方向上，每一方向上可以设置有多行金属贴片。多个金属贴片在介质基板的第二区域呈阵列分布，可以是如图2中所示，多个金属贴片呈整齐的行列分布，不会出现交错，每一方向上可以部署有至少三行金属贴片，该三行金属贴片可以至少有三列。如图5所示，多个金属贴片在介质基板的第二区域呈阵列分布，也可以是多个金属贴片中相邻的两行金属贴片在介质基板的第二区域交错分布。
在一种可能的实现方式中，如图6所示，第一金属单元和第二金属单元的L形结构的尺寸相同。L形结构包括相互垂直的两条边L1和L2，并且L1和L2的长度相同。
本申请说明书实施例中，L形结构的每条边长度可以为0.43毫米至0.63毫米，宽度为0.11毫米至0.2毫米。
优选的，L形结构的每条边长度可以为0.63毫米，宽度可以为0.169毫米，即图6中L1和L2的边长l为0.63毫米，宽度d可以为0.169毫米。需要说明的是，L形结构的每条边长度为0.63毫米，宽度为0.169毫米仅为一种优选的实施例，本申请对此不作限定。
本申请说明书实施例中，第一金属单元和第二金属单元对角空隙的长度可以为0.1毫米至0.15毫米。优选的，第一金属单元和第二金属单元对角空隙的长度可以为0.11毫米。如图7所示，图中的空隙203的长度a和空隙204的长度b可以均为0.11毫米。需要说明的是，第一金属单元和第二金属单元对角空隙的长度为0.11毫米仅为一种优选的实施例，本申请对此不作限定。
在一种可能的实现方式中，天线单元可以包括微带天线或梳状天线。微带天线是辐射器形状为矩形、圆形、三角形或其他规则形状的天线，梳状天线是形状为梳齿状的天线。可以根据场景需要对天线单元的形状进行设计。
在一种可能的实现方式中，梳状天线的工作频段为76GHz至81GHz。实际使用中，可以对天线单元的尺寸进行设置，使梳状天线的工作频段在76GHz至81GHz范围内。
本申请说明书实施例中，可以根据介质基板的材质确定梳状天线的枝节贴片长度，梳状天线的枝节贴片长度为八分之三介质波长至八分之五介质波长，优选的，梳状天线的枝节贴片长度为介质波长的一半。将梳状天线的枝节贴片长度设置为介质波长的一半，可以使得天线单元辐射时，既不出现栅瓣，同时还可以获得较大的方向性。需要说明的是，梳状天线的枝节贴片长度为介质波长的一半仅为一种优选的实施例，本申请对此不作限定。
在一种可能的实现方式中，介质基板的厚度可以为0.127毫米至0.254毫米。当选择0.127毫米、0.254毫米或范围内其他厚度的介质基板时，需要相应地调整天线的参数。对于常规使用的介质基板，介质基板的介电常数会随着频率发生变化，介电常数的变化会导致线路延时的变化，因此可以选用厚度为0.127毫米或0.254毫米的介质基板，以使介质基板的介电常数满足76GHz至81GHz的频率需求。
在一种可能的实现方式中，介质基板可以选用聚四氟乙烯制成的层压板材料。采用该种材料制成介质基板，长期耐高温可以达到260度。例如，介质基板可以为罗杰斯RO3003板材或其他板材。
需要说明的是，根据不同应用场景中雷达天线的电气性能，可以对多个金属贴片的行列数、第一金属单元和第二金属单元的长度、宽度以及对角空隙长度进行设置，使制作出的雷达天线具备相应应用场景下所需的电气性能。上述实施例仅为可以实现的示例中的部分，本申请对多个金属贴片的行列数、第一金属单元和第二金属单元的长度、宽度以及对角空隙长度不作限定。
为了清楚地展示实施本申请带来的效果，图8给出了两种情况下的不同角度处的天线方位面增益曲线，图8中，曲线1为不包括多个金属贴片的雷达天线的天线方位面增益曲线，曲线2为使用包括天线单元和多个金属贴片的雷达天线的天线方位面增益曲线，曲线2对应的设计中，每个金属贴片包括第一金属单元和第二金属单元，第一金属单元和第二金属单元均为L形结构，第一金属单元和第二金属单元构成对角有空隙的方形结构。图8中，横坐标为方位面角度，纵坐标为天线增益，天线增益的波动影响到测角误差波动，测角误差可以表征雷达天线的测角能力。从图8中可以看出，曲线1的抖动较大，抖动次数较多，部分角度对应的抖动大于3dB,不满足天线方位面测角精度。而曲线2的抖动在1dB以内，可以满足天线方位面测角精度要求。
图9给出了中心频率76.5GHz，入射角90度时的不同角度处的RCS曲线，图中，曲线3为不包括多个金属贴片的雷达天线的RCS曲线，曲线4为使用包括天线单元和多个金属贴片的雷达天线的RCS曲线，曲线4对应的设计中，每个金属贴片包括第一金属单元和第二金属单元，第一金属单元和第二金属单元均为L形结构，第一金属单元和第二金属单元构成对角有空隙的方形结构。图9中，横坐标为方位面角度，纵坐标为RCS值。从图9中可以看出，在角度为0时，曲线4对应的雷达天线比曲线3对应的雷达天线可以降低4dB的RCS。
显然，实施本申请，可以降低雷达天线的雷达散射截面，抑制天线表面波，提高雷达天线的方位面增益曲线的光滑度，提高雷达天线的测角精度。在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如本发明的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在本发明的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者系统程序(如计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，也可以在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。
应该注意的是，上述实施例是对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或者步骤等。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干系统的单元权利要求中，这些系统中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二以及第三等的使用不表示任何顺序，可将这些单词解释为名称。

Claims (10)

1.一种雷达天线，其特征在于，所述雷达天线包括天线单元和多个金属贴片；
每个金属贴片包括第一金属单元和第二金属单元；其中，所述第一金属单元和所述第二金属单元均为L形结构，所述第一金属单元和所述第二金属单元构成对角有空隙的方形结构。
2.根据权利要求1所述的雷达天线，其特征在于，所述雷达天线还包括介质基板，所述天线单元的馈电端在所述介质基板的预设位置；所述预设位置位于所述介质基板的第一区域。
3.根据权利要求2所述的雷达天线，其特征在于，所述多个金属贴片在所述介质基板的第二区域呈阵列分布，所述第一区域和所述第二区域没有交集。
4.根据权利要求1所述的雷达天线，其特征在于，所述第一金属单元和所述第二金属单元的L形结构的尺寸相同；
所述L形结构包括相互垂直的两条边，所述两条边的长度相同。
5.根据权利要求4所述的雷达天线，其特征在于，所述L形结构的每条边长度为0.43毫米至0.63毫米，宽度为0.11毫米至0.2毫米。
6.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述空隙的长度为0.1毫米至0.15毫米。
7.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述天线单元包括微带天线或梳状天线。
8.根据权利要求7所述的天线，其特征在于，所述梳状天线的工作频段为76GHz至81GHz。
9.根据权利要求7所述的天线，其特征在于，所述梳状天线的枝节贴片长度为八分之三介质波长至八分之五介质波长。
10.根据权利要求7所述的天线，其特征在于，所述介质基板的厚度为0.127毫米至0.254毫米。
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