CN114597659B - 一种微带天线及感知设备 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种微带天线及感知设备。微带天线包括第一模组和第二模组；第一模组包括第一馈线和多个第一贴片，多个第一贴片与第一馈线连接；第二模组包括第二馈线和多个第二贴片，多个第二贴片与第二馈线连接；第一馈线和第二馈线均连接于馈线节点，第一模组和第二模组之间为轴对称设置，第一模组和第二模组之间的对称轴穿过馈线节点。本申请中微带天线中电流可以从馈线节点分别流向第一模组和第二模组，由于第一模组和第二模组对称设置，因此第一模组和第二模组中的电流流向也对称设置；本申请中的微带天线为对称设计，结构简单，无需引入移相段馈线，可以增大带宽，使波束指向更加稳定。

Description

一种微带天线及感知设备
技术领域
本发明涉及天线领域，具体涉及一种微带天线及感知设备。
背景技术
4维毫米波雷达由于可以测定物体高度和俯仰角度、大幅提升探测能力和识别精度等优良性能，正在逐渐取代传统毫米波雷达。
然而由于4维毫米波雷达面积较大、馈线较长，由此引起的天线馈线损耗也相对较大，造成探测距离较短；而且需要额外引入180°移相段100(如图1所示)，除了结构复杂之外，波束指向的带宽也较窄，限制雷达的应用场景。
发明内容
本申请提出了一种微带天线及感知设备，至少可以解决现有天线的结构复杂、波束指向的带宽较窄的技术问题。
本申请提供了一种微带天线，包括第一模组和第二模组；
所述第一模组包括第一馈线和多个第一贴片，所述多个第一贴片与所述第一馈线连接；
所述第二模组包括第二馈线和多个第二贴片，所述多个第二贴片与所述第二馈线连接；
所述第一馈线和所述第二馈线均连接于馈线节点，所述第一模组和所述第二模组之间为轴对称设置，所述第一模组和所述第二模组之间的对称轴穿过所述馈线节点。
在一种可能的实现方式中，所述多个第一贴片沿所述第一馈线间隔设置，所述多个第二贴片沿所述第二馈线间隔设置。
在一种可能的实现方式中，相邻所述第一贴片之间的间距不小于目标频点对应的介质波长度的0.5倍，并且不大于所述目标频点对应的介质波长度的0.6倍；
相邻所述第二贴片之间的间距不小于所述目标频点对应的介质波长度的0.5倍，并且不大于所述目标频点对应的介质波长度的0.6倍；
所述目标频点为所述微带天线的工作频率范围的中值频率。
在一种可能的实现方式中，相邻所述第一贴片和所述第二贴片之间的间距不小于目标频点对应的真空波长度的0.5倍，并且不大于所述目标频点对应的真空波长度；
所述目标频点为所述微带天线的工作频率范围的中值频率。
在一种可能的实现方式中，所述第一贴片的长度不小于目标频点对应的介质波长度的0.4倍，并且不大于所述目标频点对应的介质波长度的0.6倍，所述第一贴片的长度方向与所述第一馈线相垂直；
所述第二贴片的长度不小于目标频点对应的介质波长度的0.4倍，并且不大于所述目标频点对应的介质波长度的0.6倍，所述第二贴片的长度方向与所述第二馈线相垂直；
所述目标频点为所述微带天线的工作频率范围的中值频率。
在一种可能的实现方式中，所述微带天线的目标参数是基于泰勒分布和遗传算法确定的，所述目标参数包括相邻所述第一贴片之间的间距、相邻所述第二贴片之间的间距、相邻所述第一贴片和所述第二贴片之间的间距、所述第一贴片的长度、所述第二贴片的长度、所述第一贴片的宽度和所述第二贴片的宽度。
在一种可能的实现方式中，所述目标参数是基于初始参数和所述遗传算法确定的，所述初始参数包括所述第一贴片的初始宽度和所述第二贴片的初始宽度，所述初始参数是基于所述泰勒分布和预设副瓣参数确定的。
在一种可能的实现方式中，还包括主馈线，所述主馈线的第一端与所述馈线节点连接，所述主馈线的第二端与射频芯片连接。
在一种可能的实现方式中，还包括匹配段，所述匹配段设于所述射频芯片和所述主馈线的第二端之间。
在一种可能的实现方式中，还包括介质层和接地层，所述第一模组、所述第二模组、所述馈线节点、所述主馈线和所述匹配段均设于所述介质层的第一侧，所述接地层设于所述介质层的第二侧。
此外，本申请还提供一种感知设备，包括如上所述的微带天线。
本申请中微带天线中电流可以从馈线节点分别流向第一模组和第二模组，由于第一模组和第二模组对称设置，因此第一模组和第二模组中的电流流向也对称设置；本申请中的微带天线为对称设计，结构简单，无需引入移相段馈线，可以增大带宽，使波束指向更加稳定。
此外，由于本申请中的微带天线为对称设计，可以进一步优化天线参数(如贴片间距、贴片长度和贴片宽度等)，从而优化天线馈线的走线，降低由于馈线引起的损耗，从而提升了最终雷达天线的增益，亦显著提升了在大带宽状态下的俯仰波束稳定性，同时不牺牲天线的副瓣，提升天线对应雷达的辐射效率，从而提升雷达的探测能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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发明的一些实施例，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为现有技术中天线的结构示意图；
图2为根据一示例性实施例示出的一种微带天线的结构示意图；
图3为根据另一示例性实施例示出的一种微带天线的结构示意图；
图4为第一贴片处的截面示意图；
图5为根据一示例性实施例示出的一种微带天线的方向图；
图6为根据一示例性实施例示出的一种微带天线的驻波带宽图；
图7为根据一示例性实施例示出的一种微带天线的波束指向带宽图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本申请的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
另外，为了更好的说明本申请，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本申请同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本申请的主旨。
本申请提出了一种微带天线，至少可以解决现有天线的结构复杂、波束指向的带宽较窄的技术问题，本发明具体是以如下技术方案实现的。
结合图2至图7所示，本说明书实施例提供的一种微带天线，包括第一模组和第二模组；
第一模组包括第一馈线21和多个第一贴片11，多个第一贴片11与第一馈线21连接；
第二模组包括第二馈线22和多个第二贴片12，多个第二贴片12与第二馈线22连接；
第一馈线21和第二馈线22均连接于馈线节点，第一模组和第二模组之间为轴对称设置，第一模组和第二模组之间的对称轴穿过馈线节点。
本说明书实施例的微带天线可以是微带贴片天线。第一馈线21、第二馈线22可以起到导电的作用，电流可以经过馈线节点分别流向第一馈线21和第二馈线22，第一馈线21的电流可以流至第一贴片11，第二馈线22的电流可以流至第二贴片12。
本说明书实施例中，微带天线中电流可以从馈线节点分别流向第一模组和第二模组，由于第一模组和第二模组对称设置，因此第一模组和第二模组中的电流流向也对称设置；本说明书实施例中的微带天线为对称设计，结构简单，无需引入移相段馈线，可以增大带宽，使波束指向更加稳定。
此外，由于本说明书实施例中的微带天线为对称设计，可以进一步优化天线参数(如贴片间距、贴片长度和贴片宽度等)，从而优化天线馈线的走线，降低由于馈线引起的损耗，提升天线对应雷达的辐射效率，从而提升雷达的探测能力。
现有技术中，由于存在相位累积误差，导致俯仰方向图随频率发生偏移。
本说明书实施例中天线的贴片为左右对称分布，左右两侧随频率变化产生的相位差相互抵消，因此俯仰波束稳定性更高，在很宽的带宽内波束不发生偏转。本说明书实施例中天线的贴片为左右对称分布，左右两侧贴片电流指向也是左右对称，不需要引入180°移相段；通过中心馈电、贴片对称的方式，可以优化4D毫米波雷达的天线馈线布局，减小由于馈线引起的能量损耗，从而提升了最终雷达天线的增益，亦显著提升了在大带宽状态下的俯仰波束稳定性，同时不牺牲天线的副瓣。
在一种可能的实现方式中，还包括主馈线30，主馈线30的第一端与馈线节点连接，主馈线30的第二端与射频芯片连接。本说明书实施例中，主馈线30可以将电磁能量沿第一馈线21和第二馈线22分别传输至第一贴片11和第二贴片12。
在一种可能的实现方式中，还包括匹配段50，匹配段50设于射频芯片和主馈线30的第二端之间。本说明书实施例中，匹配段50可以是微带线，匹配段50可以用于调节天线阻抗，优化天线辐射效率。
在一种可能的实现方式中，结合图4所示，微带天线还包括介质层80和接地层90，第一模组、第二模组、馈线节点、主馈线30和匹配段50均设于介质层80的第一侧，接地层90设于介质层80的第二侧。图4为第一贴片11处的截面示意图。
在一种可能的实现方式中，多个第一贴片11沿第一馈线21间隔设置，多个第二贴片12沿第二馈线22间隔设置。
如图2所示，在一个示例中，一部分第一贴片11沿第一馈线21的第一侧间隔设置而另一部分沿第一馈线21的第二侧间隔设置，分布在两侧的第一贴片11的设置位置可以不相交，间隔设置可以是指同一侧相邻的贴片之间在馈线长度方向上设有一段间隔。本说明书实施例中第二贴片12的设置方式、位置均与第一贴片11相对称。
在另一个示例中，分布在两侧的第一贴片11的设置位置可以相交，即分布在两侧的贴片之间在馈线长度方向上可以没有间隔。在其他示例中，全部的第一贴片11可以沿第一馈线21的第一侧间隔设置，全部的第一贴片11也可以沿第一馈线21的第二侧间隔设置。
本说明书实施例中，第一贴片11和第二贴片12在馈线上的设置位置可以根据实际需求调整，只要多个第一贴片11和多个第二贴片12之间是对称设置即可。
在一种可能的实现方式中，相邻第一贴片11之间的间距不小于目标频点对应的介质波长度的0.5倍，并且不大于目标频点对应的介质波长度的0.6倍；
相邻第二贴片12之间的间距不小于目标频点对应的介质波长度的0.5倍，并且不大于目标频点对应的介质波长度的0.6倍；
目标频点为微带天线的工作频率范围的中值频率。
本说明书实施例中，介质波长度可以是介质中的电磁波的长度，介质的材料可以是微带天线中介质层80的材料。工作频率范围可以是天线正常工作时的频率范围，中值频率可以是工作频率范围的中间值对应的频率。相邻第一贴片11之间的间距，可以是相邻第一贴片11的中心线之间的间距。相邻第二贴片12之间的间距，可以是相邻第二贴片12的中心线之间的间距。
目标频点对应的介质波长度的0.5倍＜相邻第一贴片11之间的间距＜目标频点对应的介质波长度的0.6倍，目标频点对应的介质波长度的0.5倍＜相邻第二贴片12之间的间距＜目标频点对应的介质波长度的0.6倍。
结合图3所示，目标频点对应的介质波长度的0.5倍＜第一贴片A的中心线和第一贴片C的中心线之间的间距＜目标频点对应的介质波长度的0.6倍。目标频点对应的介质波长度的0.5倍＜第一贴片E的中心线和第一贴片C的中心线之间的间距＜目标频点对应的介质波长度的0.6倍。目标频点对应的介质波长度的0.5倍＜第二贴片B的中心线和第二贴片F的中心线之间的间距＜目标频点对应的介质波长度的0.6倍。
本说明书实施例中天线通过中心馈电、贴片对称的方式，可以进一步调整贴片的间距和尺寸，优化4D毫米波雷达的天线馈线布局，减小由于馈线引起的能量损耗，从而提升了最终雷达天线的增益，亦显著提升了在大带宽状态下的俯仰波束稳定性，同时不牺牲天线的副瓣。
在一种可能的实现方式中，相邻第一贴片11和第二贴片12之间的间距不小于目标频点对应的真空波长度的0.5倍，并且不大于目标频点对应的真空波长度。
本说明书实施例中，真空波长度可以是真空中的电磁波的长度。本说明书实施例中，相邻第一贴片11和第二贴片12可以是第一模组中最靠近第二模组的第一贴片11和第二模组中最靠近第一模组的第二贴片12。目标频点对应的真空波长度的0.5倍＜相邻第一贴片11之间的间距＜目标频点对应的真空波长度的1.0倍。结合图3所示，相邻第一贴片11和第二贴片12可以是第一贴片11A和第二贴片12B；目标频点对应的真空波长度的0.5倍＜第一贴片11A的中心线和第二贴片12B的中心线之间的间距＜目标频点对应的真空波长度的1.0倍。
本说明书实施例中，可以根据实际需求，适当调整馈线节点两侧的贴片之间的间距，适当减小馈线节点两侧的贴片之间的间距则有利于副瓣的设计。
在一种可能的实现方式中，第一贴片11的长度不小于目标频点对应的介质波长度的0.4倍，并且不大于目标频点对应的介质波长度的0.6倍，第一贴片11的长度方向与第一馈线21相垂直；
第二贴片12的长度不小于目标频点对应的介质波长度的0.4倍，并且不大于目标频点对应的介质波长度的0.6倍，第二贴片12的长度方向与第二馈线22相垂直。
本说明书实施例中，多个第一贴片11的长度可以相同，也可以不同，只要多个第一贴片11与多个第二贴片12形成轴对称结构即可。
本说明书实施例中，目标频点对应的介质波长度的0.4倍＜第一贴片11的长度＜目标频点对应的介质波长度的0.6倍；目标频点对应的介质波长度的0.4倍＜第二贴片12的长度＜目标频点对应的介质波长度的0.6倍。
在一种可能的实现方式中，微带天线的目标参数是基于泰勒分布和遗传算法确定的，目标参数包括相邻第一贴片11之间的间距、相邻第二贴片12之间的间距、相邻第一贴片11和第二贴片12之间的间距、第一贴片11的长度、第二贴片12的长度、第一贴片11的宽度和第二贴片12的宽度。
本说明书实施例中，可以基于泰勒分布和遗传算法确定微带天线的目标参数，更加精确地确定最优异的目标参数，提升雷达天线的增益，提升在大带宽状态下的俯仰波束稳定性。
在一种可能的实现方式中，目标参数是基于初始参数和遗传算法确定的，初始参数包括第一贴片11的初始宽度和第二贴片12的初始宽度，初始参数是基于泰勒分布和预设副瓣参数确定的。
本说明书实施例中，可以根据预设副瓣参数和经典泰勒分布，确定初始参数，初始参数可以包括贴片的初始宽度和贴片上的初始电流；再根据初始参数和遗传算法，并将副瓣设置为优化条件，从多个算法结果中确定最优结果；最优结果可以是对应的副瓣最低的算法结果，根据最优结果可以确定目标参数。
以图3中的微带天线为例，在一个示例中，基于泰勒分布设计的初始参数如下表：
上表中，1号～8号可以是主馈线30左侧的模组中多个贴片的编号，1号贴片可以是图3中左侧模组最左侧的贴片，8号贴片可以是图3中左侧模组最右侧的贴片，1号贴片和8号贴片之间的贴片分别为2～7号。本说明书实施例中，沿由天线中部(馈线节点处)向天线端部的方向，多个第一贴片的宽度递减，多个第二贴片的宽度递减。
进一步地，可以以上表作为初始参数，进一步通过遗传算法优化宽度得到所需的最优结果。
本说明书实施例提供的微带天线，通过改变馈电方式，使天线波束指向带宽远高于传统微带天线，结合图5可知，副瓣可以优化至-20dB，没有明显牺牲天线的副瓣水平；结合图6可知，电压驻波比较为合理；结合图7可知，普通天线的波束指向角随频率的变化而变化，本说明书实施例提供的微带天线的波束指向角不随频率变化，可以稳定在0°，由此可以使雷达天线的天线能量集中在探测区域，提升天线探测效率。
本说明书实施例中，将天线的馈电方式改为中心馈电方式，同时将天线改为对称式设计，调整辐射贴片的间距和尺寸，可以减小馈线损耗，同时，不会牺牲天线的副瓣，优化了天线布局，使波束指向更加稳定。
此外，本说明书实施例还提供一种感知设备，包括如上所述的微带天线，其中，感知设备中微带天线的数量为至少一个，感知设备可以是雷达，感知设备可以安装于车辆。
以上已经描述了本申请的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (7)

1.一种微带天线，其特征在于，包括第一模组和第二模组；
所述第一模组包括第一馈线(21)和多个第一贴片(11)，所述多个第一贴片(11)与所述第一馈线(21)连接；
所述第二模组包括第二馈线(22)和多个第二贴片(12)，所述多个第二贴片(12)与所述第二馈线(22)连接；
所述第一馈线(21)和所述第二馈线(22)均连接于馈线节点，所述第一模组和所述第二模组之间为轴对称设置，所述第一模组和所述第二模组之间的对称轴穿过所述馈线节点；
相邻所述第一贴片(11)之间的间距不小于目标频点对应的介质波长度的0.5倍，并且不大于所述目标频点对应的介质波长度的0.6倍；所述介质波长度是介质中的电磁波的长度；
相邻所述第二贴片(12)之间的间距不小于所述目标频点对应的介质波长度的0.5倍，并且不大于所述目标频点对应的介质波长度的0.6倍；
所述目标频点为所述微带天线的工作频率范围的中值频率；
沿所述馈线节点向天线端部的方向，所述多个第一贴片(11)的宽度递减，所述多个第二贴片(12)的宽度递减；
相邻所述第一贴片(11)和所述第二贴片(12)之间的间距不小于目标频点对应的真空波长度的0.5倍，并且不大于所述目标频点对应的真空波长度；所述真空波长度是真空中的电磁波的长度；
所述第一贴片(11)的长度不小于目标频点对应的介质波长度的0.4倍，并且不大于所述目标频点对应的介质波长度的0.6倍，所述第一贴片(11)的长度方向与所述第一馈线(21)相垂直；
所述第二贴片(12)的长度不小于目标频点对应的介质波长度的0.4倍，并且不大于所述目标频点对应的介质波长度的0.6倍，所述第二贴片(12)的长度方向与所述第二馈线(22)相垂直。
2.根据权利要求1所述的微带天线，其特征在于，所述多个第一贴片(11)沿所述第一馈线(21)间隔设置，所述多个第二贴片(12)沿所述第二馈线(22)间隔设置。
3.根据权利要求1所述的微带天线，其特征在于，所述微带天线的目标参数是基于泰勒分布和遗传算法确定的，所述目标参数包括相邻所述第一贴片(11)之间的间距、相邻所述第二贴片(12)之间的间距、相邻所述第一贴片(11)和所述第二贴片(12)之间的间距、所述第一贴片(11)的长度、所述第二贴片(12)的长度、所述第一贴片(11)的宽度和所述第二贴片(12)的宽度。
4.根据权利要求3所述的微带天线，其特征在于，所述目标参数是基于初始参数和所述遗传算法确定的，所述初始参数包括所述第一贴片(11)的初始宽度和所述第二贴片(12)的初始宽度，所述初始参数是基于所述泰勒分布和预设副瓣参数确定的。
5.根据权利要求2所述的微带天线，其特征在于，还包括主馈线(30)，所述主馈线(30)的第一端与所述馈线节点连接，所述主馈线(30)的第二端与射频芯片连接。
6.根据权利要求5所述的微带天线，其特征在于，还包括匹配段(50)，所述匹配段(50)设于所述射频芯片和所述主馈线(30)的第二端之间。
7.一种感知设备，其特征在于，包括如权利要求1至6中任一项所述的微带天线。
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