CN114006162B - 一种车载雷达天线及车辆 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种车载雷达天线及车辆，包括：介质基板，以及设置在介质基板的相对的两侧面上的辐射层和接地板；辐射层沿俯仰面发射的辐射波束的波束宽度小于其沿方位面发射的辐射波束的波束宽度；辐射层包括第一辐射组件和第二辐射组件，第一辐射组件和第二辐射组件连接，第一辐射组件与第二辐射组件相邻设置；第一辐射组件发射的辐射波与第二辐射组件发射的辐射波在方位面上形成扇形波束，通过上述技术方案，能够实现合理的波束赋形，增大车载雷达天线的横向覆盖范围，具有良好的增益效果，且其结构简单，体积较小，便于传感器的集成。

Description

一种车载雷达天线及车辆

技术领域

本申请涉及车辆雷达传感器技术领域，特别涉及一种车载雷达天线及车辆。

背景技术

汽车微波/毫米波雷达传感器是智能汽车核心部件之一，如77GHZ毫米波雷达是智能汽车上必不可少的关键部件，是能够在全天候场景下快速感知0-300米范围内周边环境物体距离、速度、方位角等信息的传感器件。

现有的汽车雷达天线带宽和横向覆盖都不足，汽车雷达天线单元过多且馈电网络单一，难以实现合理波束赋形，除此之外，现有汽车雷达天线体积较大，馈电网络相对比较复杂且不利于产品集成。

因此，急需一种车载雷达天线的设计方案，用于解决现有技术中雷达天线单元过多、馈电网络单一、雷达天线的覆盖不足以及体积较大不利于产品集成等问题。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本申请实施例提供了一种车载雷达天线及车辆的技术方案，用于解决现有技术中雷达天线单元过多、馈电网络单一、雷达天线的覆盖不足以及体积较大不利于产品集成等问题，其技术方案如下所述：

一方面，提供了一种车载雷达天线，包括：介质基板，以及设置在所述介质基板的相对的两侧面上的辐射层和接地板；

所述辐射层沿俯仰面发射的辐射波束的波束宽度小于其沿方位面发射的辐射波束的波束宽度；

所述辐射层包括第一辐射组件和第二辐射组件，所述第一辐射组件和第二辐射组件连接，所述第一辐射组件与所述第二辐射组件相邻设置；所述第一辐射组件发射的辐射波与所述第二辐射组件发射的辐射波在方位面上形成扇形波束。

进一步地，所述第一辐射组件和第二辐射组件均包括至少两个平行间隔设置的辐射单元，以及连接所述至少两个辐射单元的连接线；

所述第一辐射组件包括的辐射单元的数量少于所述第二辐射组件包括的辐射单元的数量。

进一步地，所述车载雷达天线还包括同轴探针，所述同轴探针贯穿所述介质基板后，分别与所述辐射层和接地板连接，用于传输外界激励信号至所述辐射层。

进一步地，所述第二辐射组件中各辐射单元均通过所述连接线并联连接，所述第一辐射组件中各辐射单元的一端通过所述连接线互相连接，所述第一辐射组件中各辐射单元的另一端通过所述连接线与所述第二辐射组件中相邻辐射单元间的连接线连接。

进一步地，各相邻辐射单元间的中心间距相等，且所述中心间距与所述介质基板的波导波长相匹配。

进一步地，所述第一辐射组件和第二辐射组件中辐射单元所发射的辐射波的电长度为所述介质基板的波导波长的四分之一或二分之一。

进一步地，所述辐射单元的形状包括圆形、方形、三角形和多边形中的至少一种。

进一步地，所述连接线为微带线。

进一步地，所述介质基板的厚度为0.5～3mm。

另一方面，提供了一种车辆，所述车辆用于执行上述车载雷达天线的技术方案。

本申请提供的一种车载雷达天线及车辆，具有如下技术效果：

本申请通过设置介质基板，以及设置在介质基板的相对的两侧面上的辐射层和接地板，辐射层沿俯仰面发射的辐射波束的波束宽度小于其沿方位面发射的辐射波束的波束宽度，进而实现沿俯仰面辐射窄波束以及在方位面辐射宽波束的波束赋形，使车载雷达天线的馈电方式多样化，具有良好的增益效果；其中，辐射层包括第一辐射组件和第二辐射组件，第一辐射组件和第二辐射组件连接，第一辐射组件与第二辐射组件相邻设置；第一辐射组件发射的辐射波与第二辐射组件发射的辐射波在方位面上形成扇形波束，以增大车载雷达天线的横向覆盖范围，且其结构简单，体积较小，便于传感器的集成。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种车载雷达天线的俯视图；

图2为本申请实施例提供的一种车载雷达天线的侧视图；

图3为本申请实施例提供的测试沿俯仰面的辐射性能的方向图；

图4为本申请实施例提供的测试沿方位面的辐射性能的方向图；

图5为本申请实施例提供的车载雷达天线在不同频率的增益效果对比图；

其中，图中附图标记对应为：1-接地板；2-介质基板；3-辐射层；4-辐射单元；5-同轴探针；6-连接线；7-第一辐射组件；8-第二辐射组件。

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，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的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。

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

需要说明的是，本申请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、产品或设备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。

请参阅图1和图2，其图1为本申请实施例提供的一种车载雷达天线的俯视图，图2为本申请实施例提供的一种车载雷达天线的侧视图，具体包括：介质基板2，以及设置在介质基板2的相对的两侧面上的辐射层3和接地板1；辐射层3沿俯仰面发射的辐射波束的波束宽度小于其沿方位面发射的辐射波束的波束宽度；辐射层3包括第一辐射组件7和第二辐射组件8，第一辐射组件7和第二辐射组件8连接，第一辐射组件7与第二辐射组件8相邻设置；第一辐射组件7发射的辐射波与第二辐射组件8发射的辐射波在方位面上形成扇形波束。

在本申请实施例中，通过对辐射层3结构的设置和介质基板2的材质的匹配，可以使得沿俯仰面发射的辐射波束的波束宽度小于其沿方位面发射的辐射波束的波束宽度，进而实现沿俯仰面辐射窄波束以及在方位面辐射宽波束的波束赋形，使车载雷达天线的馈电方式多样化，且具有良好的增益效果。

其中，辐射层3包括第一辐射组件7和第二辐射组件8，通过对同一辐射组件中相邻辐射单元4的中心间距以及辐射单元4的数量设定，实现在方位面上形成扇形波束，以增大车载雷达天线的横向覆盖范围，同时该车载雷达天线结构简单，体积较小，便于传感器的集成。

需要说明的是，辐射层3还可以包括第三辐射组件、第四辐射组件和第五辐射组件等，可根据具体的实际情况在做设定，在此不做具体的限定，在本申请实施例中，则是以第一辐射组件7和第二辐射组件8进行说明。

在一个可选的实施方式中，第一辐射组件7和第二辐射组件8均包括至少两个平行间隔设置的辐射单元4，以及连接至少两个辐射单元4的连接线6；第一辐射组件7包括的辐射单元4的数量少于第二辐射组件8包括的辐射单元4的数量。

在本申请实施例中，各辐射单元4平行间隔设置，其相邻辐射单元4的中心间距根据介质基板2的波导波长进行设置，第一辐射组件7包括的辐射单元4的数量少于第二辐射组件8包括的辐射单元4的数量，使得第一辐射组件7发射的辐射波与第二辐射组件8发射的辐射波在方位面上形成扇形波束，用以增大车载雷达天线的横向覆盖范围，且其结构简单，体积较小，同样便于传感器的集成。

进一步地，第一辐射组件7中辐射单元4的数量可以为3-18个，第二辐射组件8中辐射单元4的数量可以为4-19个，其第二辐射组件8中的辐射单元4的数量可根据第一辐射组件7中辐射单元4的数量进行确定，第二辐射组件8中的辐射单元4的数量需比第一辐射组件7中的辐射单元4的数量多，以形成扇形波束，在本申请实施例中，第二辐射组件8中的辐射单元4的数量比第一辐射组件7中的辐射单元4的数量多一个，以此来形成扇形波束，在此，第二辐射组件8中的辐射单元4的数量比第一辐射组件7中的辐射单元4的数量也可以多2个、3个和4个等，在此不做具体的限定。

在一个可选的实施方式中，连接线6为微带线，需要说明的是，在本申请实施例中最优的连接线6为微带线，也可以为其他连接线6，在此不做具体的限定。

在一个可选的实施方式中，车载雷达天线还包括同轴探针5，同轴探针5贯穿介质基板2后，分别与辐射层3和接地板1连接，用于传输外界激励信号至辐射层3。

在本申请实施例中，通过同轴探针5来实现对外界激励信号的传输，使得辐射层3接收到外界激励信号后，进行向外辐射波束，在一个具体的实施例中，使用一个50Ω的同轴探针5来实现信号的传输，该同轴探针5设置在介质基板2的对角线的交点处，以便于辐射层3的中心位置处接收到外界激励信号，并沿着连接线6向各辐射单元4传输，以实现各辐射单元4能够接收到外界激励信号，完成辐射波束的发射，提高了辐射增益。

在一个可选的实施方式中，第二辐射组件8中各辐射单元4均通过连接线6并联连接，第一辐射组件7中各辐射单元4的一端通过连接线6互相连接，第一辐射组件7中各辐射单元4的另一端通过连接线6与第二辐射组件8中相邻辐射单元4间的连接线6连接。

在本申请实施例中，继续参见图1和图2，第一辐射组件7中各辐射单元4与第二辐射组件8中各辐射单元4交错设置，其目的是为了增强辐射面沿俯仰面和方位面发射的辐射波束，增强天线雷达的辐射增益。

在第一辐射组件7中各辐射单元4与第二辐射组件8中各辐射单元4交错设置的基础上，可以通过调整各辐射单元4的大小来改变车载雷达天线的容性电抗，进而调整车载雷达天线的谐振带宽，在一个具体的实施例中，各辐射单元4的面积与容性电抗呈正比，各辐射单元4的面积越小，则对应的容性电抗也随之减小，根据谐振频率与容性电抗呈反比的关系可以得出，此时的谐振频率也就越大，进而谐振带宽也就越大，此时，各辐射单元4引入的容性电抗抵消了在宽频范围内的电感分量，进而增强了车载雷达天线的谐振带宽，以解决现有技术中谐振带宽不足等问题。

进一步地，还可以通过调节辐射单元4的半径或形状大小来调整车载雷达天线的电压驻波比，电压驻波比指驻波波腹电压与波节电压幅度之比，又称为驻波系数、驻波比。当电压驻波比等于1时，表示馈线和天线的阻抗完全匹配，此时高频能量全部被天线辐射出去，没有能量的反射损耗；若电压驻波比为无穷大时，表示全反射，能量完全没有辐射出去，进而通过调节车载雷达天线的电压驻波比来避免车载雷达天线损坏。

在一个可选的实施方式中，各相邻辐射单元4间的中心间距相等，且中心间距与介质基板2的波导波长相匹配。

在本申请实施例中，各相邻辐射单元4间的中心间距相等，其目的是为了使得各辐射单元4产生的电流相位一致，且各相邻辐射单元4间的中心间距可根据介质基板2的波导波长设定，当相邻辐射单元4间的中心间距等于介质基板2的波导波长时，各辐射单元4所产生的电流相位相同，此时同向辐射波进行叠加，并在远处形成合波束辐射，此时形成的合波束辐射的增益较高，进而增强了车载雷达天线的整体增益，具有较高的使用价值。

需要说明的是，在本申请实施例中，各相邻辐射单元4的尺寸可以不等，但是相邻辐射单元4的中间间距必须相等以及形状必须相同，具体的，相邻辐射单元4的中间间距为相邻辐射单元4各自的半径和微带线的长度组成，当相邻辐射单元4各自的半径较小时，则可以增长其微带线的长度，以使得若干个相邻辐射单元4的中间间距保持一致，只有在相邻辐射单元4的中间间距保持一致时，其合波束辐射的增益才是最高的，同时沿俯仰面的辐射性能和沿方位面的辐射性能也是最好的。

在一个可选的实施方式中，第一辐射组件7和第二辐射组件8中辐射单元4所发射的辐射波的电长度为介质基板2的波导波长的四分之一或二分之一。

具体的，当第一辐射组件7和第二辐射组件8中辐射单元4所发射的辐射波的电长度为介质基板2的波导波长的四分之一或二分之一时，才能够发生辐射，在本申请实施例中，第一辐射组件7和第二辐射组件8中辐射单元4所发射的辐射波的电长度为介质基板2的波导波长的二分之一，此时根据介质基板2的波导波长来设置微带线的长度，以使相邻辐射单元4的中间间距与介质基板2的波导波长相一致。

在一个可选的实施方式中，辐射单元4的形状包括圆形、方形、三角形和多边形中的至少一种。

在本申请实施例中，辐射单元4最优的形状为圆形，在此也可以为方形、三角形和多边形等，在此不做具体的界定，需要说明的是，各辐射单元4的形状在同一个辐射层3的形状是相同的，以至于产生相同强度的辐射波。

进一步地，辐射单元4的材质为金属，在本申请实施例中，辐射单元4最优的选择为铜金属，需要说明的是，在此辐射单元4的材质也可以为其他金属材质，在此不做具体的限定。

在一个可选的实施方式中，介质基板2的厚度为0.5～3mm。

具体的，介质基板2的厚度以及相对介电常数根据选择的材质确定，当介质基板2选择为罗杰斯介质基板，此时所选择的介质基板2的厚度可以为1.6mm，其对应的相对介电常数为3，在一个具体的实施例中，继续参见图1和图2，其车载雷达天线的几何尺寸可以为：车载雷达天线的横向长度为53mm，纵向长度为11mm，微带线的宽度为0.3mm，辐射单元4的直径为1.3mm，相邻辐射单元4的中间间距为2.8mm，由此可知，该车载雷达天线的结构简单且体积较小，便于传感器的集成。

需要说明的是，选择不同材质的介质基板2，其对应的厚度和相对介电常数不同，在此不做一一列举。

结合上述对车载雷达天线的描述，下面对其进行测试结果进行描述。

请参阅图3和图4，其中，图3为本申请实施例提供的测试沿俯仰面的辐射性能的方向图，图4为本申请实施例提供的测试沿方位面的辐射性能的方向图，在对车载雷达天线进行测试时，选择在微波暗室中，并采用标准增益喇叭作为参考天线来测试车载雷达天线的辐射性能，需要说明的是，图3和图4中所展示的是归一化后的方向图。

在图3和图4中，其横坐标为角度，纵坐标为增益，通过图3可以得出，该车载雷达天线的沿俯仰面的半功率波束宽度为12°，其中，半功率波束宽度主要描述波瓣功率衰减情况，由此可知，该车载雷达天线沿俯仰面辐射窄波束的波束赋形，通过图4可以得出，该车载雷达天线的沿方位面的半功率波束宽度为138°，由此可知，该车载雷达天线沿方位面辐射宽波束的波束赋形，有上述可知，该车载雷达天线具有较高的横向覆盖范围。

请参阅图5，其为本申请实施例提供的车载雷达天线在不同频率的增益效果对比图，其中虚线为实际测量增益，实线为仿真增益，横坐标为车载雷达所对应的频率，纵坐标为增益，由图5可知，该车载雷达天线所辐射波束的实际测量的增益与仿真的增益相差不大，则说明该车载雷达天线达到了预设的效果，可以进行障碍物探测，进而增强了车辆的体验感。

由本申请实施例的上述技方案可见，本申请通过设置介质基板，以及设置在介质基板的相对的两侧面上的辐射层和接地板，辐射层沿俯仰面发射的辐射波束的波束宽度小于其沿方位面发射的辐射波束的波束宽度，进而实现沿俯仰面辐射窄波束以及在方位面辐射宽波束的波束赋形，使车载雷达天线的馈电方式多样化，具有良好的增益效果；其中，辐射层包括第一辐射组件和第二辐射组件，第一辐射组件和第二辐射组件连接，第一辐射组件与第二辐射组件相邻设置；第一辐射组件发射的辐射波与第二辐射组件发射的辐射波在方位面上形成扇形波束，以增大车载雷达天线的横向覆盖范围，且其结构简单，体积较小，便于传感器的集成。

本申请实施例中还提供了一种车辆，所述车辆用于承载并执行上述车载雷达天线，所以在本申请实施例中的车辆应具有上述车载雷达天线的技术效果，在此不再赘述。

虽然本发明已经通过优选实施例进行了描述，然而本发明并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本发明范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种车载雷达天线，其特征在于，包括：介质基板(2)，以及设置在所述介质基板(2)的相对的两侧面上的辐射层(3)和接地板(1)；

所述辐射层(3)沿俯仰面发射的辐射波束的波束宽度小于其沿方位面发射的辐射波束的波束宽度；

所述辐射层(3)包括第一辐射组件(7)和第二辐射组件(8)，所述第一辐射组件(7)和第二辐射组件(8)连接，所述第一辐射组件(7)与所述第二辐射组件(8)相邻设置；所述第一辐射组件(7)发射的辐射波与所述第二辐射组件(8)发射的辐射波在方位面上形成扇形波束；

所述第一辐射组件(7)和第二辐射组件(8)均包括至少两个平行间隔设置的辐射单元(4)，以及连接所述至少两个辐射单元(4)的连接线(6)；所述第一辐射组件(7)包括的辐射单元(4)的数量少于所述第二辐射组件(8)包括的辐射单元(4)的数量。

2.根据权利要求1所述的车载雷达天线，其特征在于，所述车载雷达天线还包括同轴探针(5)，所述同轴探针(5)贯穿所述介质基板(2)后，分别与所述辐射层(3)和接地板(1)连接，用于传输外界激励信号至所述辐射层(3)。

3.根据权利要求1所述的车载雷达天线，其特征在于，所述第二辐射组件(8)中各辐射单元(4)均通过所述连接线(6)并联连接，所述第一辐射组件(7)中各辐射单元(4)的一端通过所述连接线(6)互相连接，所述第一辐射组件(7)中各辐射单元(4)的另一端通过所述连接线(6)与所述第二辐射组件(8)中相邻辐射单元(4)间的连接线(6)连接。

4.根据权利要求1或3所述的车载雷达天线，其特征在于，各相邻辐射单元(4)间的中心间距相等，且所述中心间距与所述介质基板(2)的波导波长相匹配。

5.根据权利要求4所述的车载雷达天线，其特征在于，所述第一辐射组件(7)和第二辐射组件(8)中辐射单元(4)所发射的辐射波的电长度为所述介质基板(2)的波导波长的四分之一或二分之一。

6.根据权利要求1或3所述的车载雷达天线，其特征在于，所述辐射单元(4)的形状包括圆形、方形、三角形和多边形中的至少一种。

7.根据权利要求1或3所述的车载雷达天线，其特征在于，所述连接线(6)为微带线。

8.根据权利要求1所述的车载雷达天线，其特征在于，所述介质基板(2)的厚度为0.5～3mm。

9.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求1～8中任一项所述的车载雷达天线。