CN114937860A - 雷达天线及车载雷达天线 - Google Patents

雷达天线及车载雷达天线 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种雷达天线及车载雷达天线,所述雷达天线包括:层压板、间隙波导天线及连通所述层压板和所述间隙波导天线的渐变脊波导;其中,所述层压板上蚀刻有微带线;所述渐变脊波导用于将所述微带线上的能量转换至所述间隙波导天线中;所述间隙波导天线包括用于传输能量的金属脊和设置于所述金属脊两侧的金属销钉。本发明解决了微带天线馈线辐射、损耗大、辐射效率低等问题,且通过引入渐变脊波导,一方面利用金属脊的渐变方式能够使阻抗平滑过渡,改善阻抗匹配,能够顺利的将能量由微带线传输到波导中,另一方面金属脊的引入降低了波导的截止频率,缩小了波导的尺寸,更有利于小间距布局,解决雷达大角度测角模糊问题。

Description

雷达天线及车载雷达天线
技术领域
本发明雷达天线技术领域,特别是涉及一种雷达天线及车载雷达天线。
背景技术
为了能够适应环境、道路的复杂性,车载毫米波雷达需要具有足够大的孔径及足够多的通道数来实现超高分辨率,以对行人和对周围障碍物进行精准感知。因此,毫米波雷达天线的馈线网络设计逐渐复杂化,然而复杂的馈线网络及射频芯片的辐射恶化了天线副瓣电平及幅相一致性,影响雷达系统性能。现有技术中的车载雷达天线虽然改善了天线的副瓣电平及幅相一致性,但是终究是无法解决微带天线馈线损耗大、辐射效率低等痛点。随后,德国推出最新一代成像雷达ARS540,利用波导代替传统的微带传输线,解决了馈线辐射、损耗大、天线辐射效率低等问题,但是由于其波导内部和天线结构限制了阵列布局,天线单元之间的间距较大,导致测角模糊比较严重。
因此,如何提供一种雷达天线及车载雷达天线,以解决现有技术由于改变天线形式,新的天线形式与微带线的转换方式限制了阵列布局,天线单元之间的间距较大,导致测角模糊比较严重等缺陷,实已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种雷达天线及车载雷达天线,用于解决现有技术由于其波导内部和天线结构限制了阵列布局,天线单元之间的间距较大,导致测角模糊比较严重的问题。
为实现上述目的及其他相关目的,本发明一方面提供一种雷达天线,包括:层压板、间隙波导天线及连通所述层压板和所述间隙波导天线的渐变脊波导;其中,所述层压板上蚀刻有微带线;所述渐变脊波导用于将所述微带线上的能量转换至所述间隙波导天线中;所述间隙波导天线包括用于传输能量的金属脊和设置于所述金属脊两侧的金属销钉。
于本发明的一实施例中,所述层压板包括上介质基板和下介质基板,所述上介质基板和所述下介质基板通过半固化片压合连接;所述上介质基板的上表面和所述下介质基板的上下表面分别覆设有金属层。
于本发明的一实施例中,所述微带线蚀刻于所述下介质基板的下表面,且所述微带线的末端设置为探针式结构;所述微带线的两侧设置有两列金属接地孔;所述金属接地孔连接所述下介质基板的上下表面的金属层。
于本发明的一实施例中,所述上介质基板的上表面金属层与微带线的末端的相交处开设有第一矩形避让区;所述下介质基板的下表面金属层与微带线的末端的相交处开设有第二矩形避让区;所述第一矩形避让区与所述第二矩形避让区面积相同,且两者的位置上下对应;所述第一矩形避让区与所述第二矩形避让区的四周亦设置于所述金属接地孔;所述第一矩形避让区的内部蚀刻有辐射贴片;所述下介质基板的上表面金属层,且与所述第二矩形避让区的内部相对应的区域设置有矩形缝隙。
于本发明的一实施例中,所述渐变脊波导包括矩形波导腔及设置于所述矩形波导腔内的渐变金属脊;所述渐变金属脊对称设置于所述矩形波导腔的长边;贴合于所述矩形波导腔内壁上的所述渐变金属脊的对称侧边线性式倾斜,使得所述渐变金属脊的侧面呈梯形状。
于本发明的一实施例中,所述矩形波导腔的与所述第一矩形避让区的设置位置上下对应,且两者尺寸相同。
于本发明的一实施例中,所述间隙波导天线还包括上层金属板和下层金属板;其中,所述上层金属板与所述金属销钉和所述金属脊之间存在间隙;所述金属销钉和所述金属脊设置于所述下层金属板上;其中,所述间隙的大小小于等于四分之一波导波长。
于本发明的一实施例中,所述金属销钉均匀式分布于所述金属脊的两侧;或所述金属销钉非均匀式分布于所述金属脊的两侧。
于本发明的一实施例中,所述上层金属板上开设有多个矩形缝隙,所述多个矩形缝隙左右交替式分布于所述上层金属板的中心轴线两端;所述矩形缝隙的长度与中心的间距为二分之一波导波长;所述矩形缝隙的长度为半波长;所述间隙波导天线的下层金属板与所述金属脊相交处设置有矩形槽,且所述矩形槽与所述第一矩形避让区的设置位置上下对应,且两者尺寸相同;其中,与所述矩形槽相交的所述金属脊呈阶梯式结构。
本发明另一方面提供一种车载雷达天线,装载于车辆上;所述车载雷达天线包括所述雷达天线。
如上所述,本发明的雷达天线及车载雷达天线,具有以下有益效果:
本发明所述雷达天线及车载雷达天线通过其上设置的间隙波导缝隙天线替换传统的微带天线,解决了微带天线馈线辐射、损耗大、辐射效率低等问题,且通过引入渐变脊波导,一方面利用金属脊的渐变方式能够使阻抗平滑过渡,改善阻抗匹配,能够顺利的将能量由微带线传输到波导中,另一方面金属脊的引入降低了波导的截止频率,缩小了波导的尺寸,更有利于小间距布局,解决雷达大角度测角模糊问题。
附图说明
图1A显示为本发明的雷达天线于一实施例中立体结构示意图。
图1B显示为本发明的雷达天线于一实施例中侧视结构示意图。
图2A显示为层压板的侧视结构示意图。
图2B显示为层压板的立体结构示意图。
图3A显示为间隙波导天线的立体结构示意图。
图3B显示为间隙波导天线的剖面结构示意图。
图4A显示为间隙波导缝隙天线辐射效率示意图。
图4B显示为间隙波导缝隙天线的方向图和回波损耗图。
图5A显示为渐变脊波导的立体结构示意图。
图5B显示为渐变脊波导的立体放大图。
图6显示为普通波导和渐变脊波导的天线间距对比图。
元件标号说明
1 雷达天线
11 层压板
12 间隙波导天线
13 渐变脊波导
111 上介质基板
112 下介质基板
113 半固化片
114 微带线
115 金属接地孔
116 矩形缝隙
111A 第一矩形避让区
112A 第二矩形避让区
111B 辐射贴片
114A 微带线的末端
121 上层金属板
122 下层金属板
123 金属脊
124 金属销钉
121A 矩形缝隙
122A 矩形槽
131 波导腔
132 渐变金属脊
22 金属板
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式,熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1至图6。须知,本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等,均仅用以配合说明书所揭示的内容,以供熟悉此技术的人士了解与阅读,并非用以限定本发明可实施的限定条件,故不具技术上的实质意义,任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整,在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下,均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时,本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语,亦仅为便于叙述的明了,而非用以限定本发明可实施的范围,其相对关系的改变或调整,在无实质变更技术内容下,当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例一
本实施例提供一种雷达天线,包括:
层压板、间隙波导天线及连通所述层压板和所述间隙波导天线的渐变脊波导;
其中,所述层压板上蚀刻有微带线;
所述渐变脊波导用于将所述微带线上的能量转换至所述间隙波导天线中;
所述间隙波导天线包括用于传输能量的金属脊和设置于所述金属脊两侧的金属销钉。
以下将结合图示对本实施例所提供的雷达天线进行详细描述。请参阅图1A和图1B,分别显示为雷达天线于一实施例中立体结构示意图和侧视结构示意图。如图1A和图1B所示,所述雷达天线1包括层压板11、间隙波导天线12及连通所述层压板11和所述间隙波导天线12的渐变脊波导13,即层压板11、渐变脊波导13及间隙波导天线12依次贴合在一起。其中,所述层压板11用于支撑所述间隙波导天线12和所述渐变脊波导13。所述渐变脊波导13用于将所述层压板11上微带线传输的能量转换至间隙波导天线12上。所述间隙波导天线12用于辐射转换至其上的能量。
请参阅图2A和图2B,显示为层压板11的侧视结构示意图和立体结构示意图。如图2A所示,所述层压板11包括上介质基板111和下介质基板112,所述上介质基板111和所述下介质基板112通过半固化片113压合连接。所述上介质基板的上表面和所述下介质基板的上下表面分别覆设有金属层,于实际应用中,金属层的材质采用金属铜。
请参阅图2B,显示为层压板11的内部结构示意图。如图2B所示,所述下介质基板112的下表面蚀刻有微带线114。为了进行阻抗匹配,所述微带线114的末端114A设置为探针式结构。
所述微带线114的两侧设置有两列金属接地孔115,所述金属接地孔115连接所述下介质基板112的上下表面的金属层,即铜箔。所述金属接地孔115与所述下介质基板形成共面波导,以降低微带线114的传输损耗。
继续参阅图2B,为了实现微带到脊波导的转接,所述上介质基板111的上表面金属层与微带线的末端的相交处开设有第一矩形避让区111A,所述下介质基板112的下表面金属层与微带线的末端的相交处开设有第二矩形避让区112A。在本实施例中,所述第一矩形避让区111A与所述第二矩形避让区112A面积相同,且两者的位置上下对应(所述第一矩形避让区111A位于所述第二矩形避让区112A的正上方)。
继续参阅图2B,为了减少微带转脊波导过程中的能量转换损耗,所述第一矩形避让区111A与所述第二矩形避让区112A的四周亦设置于所述金属接地孔115,连接下介质基板112的上下表面铜箔和上介质基板111的上表面铜箔。
在本实施例中,所述第一矩形避让区111A的内部(即所述上介质基板111的上表面)蚀刻有辐射贴片111B。
所述下介质基板112的上表面金属层,且与所述第二矩形避让区的内部相对应的区域设置有矩形缝隙116。其中,所述微带线114传输的能量通过矩形缝隙116耦合到所述辐射贴片111B上。
请参阅图3A和图3B,分别显示为间隙波导天线的立体结构示意图和剖面结构示意图。如图3A和图3B所示,所述间隙波导天线12包括上层金属板121、下层金属板122、金属脊123及若干金属销钉124。其中,所述上层金属板121与所述金属脊123和所述金属销钉124之间存在间隙,所述间隙的大小小于等于四分之一波导波长。所述金属脊123和所述金属销钉124设置于所述下层金属板122上。在本实施例中,所述金属销钉124可以均匀式分布于所述金属脊123的两侧或所述金属销钉124非均匀式分布于所述金属脊123的两侧。于实际应用中,所述金属销钉124可以均匀式分布于所述金属脊123的两侧可以形成电磁带隙结构,更有利于抑制电磁波在其他方向传播。
继续参阅图3A,所述上层金属板121上开设有多个矩形缝隙121A,所述矩形缝隙121A用于对外辐射能量。所述多个矩形缝隙121A左右交替式分布于所述上层金属板121的中心轴线两端,所述矩形缝隙121A的长度与中心的间距为二分之一波导波长,所述矩形缝隙121A的长度为半波长。
所述间隙波导天线12的下层金属板122与所述金属脊123相交处设置有矩形槽122A,且所述矩形槽122A与所述第一矩形避让区111A的设置位置上下对应,且两者尺寸相同。其中,与所述矩形槽122A相交的部分金属脊123呈阶梯式结构,阶梯式金属脊用以实现阻抗平滑过渡,调整阻抗匹配。
在本实施例中,所述间隙波导天线12对比普通的微带线或者基片集成波导缝隙天线,解决了微带天线馈线辐射、损耗大、辐射效率低等问题,具有更低的损耗及更高的辐射效率。具体请参阅图4A,间隙波导缝隙天线对比普通微带天线,在整个频带内,都具有较高的辐射效率。请参阅图4B,显示为间隙波导缝隙天线于实施例一中的方向图和回波损耗图。
请参阅图5A和图5B,分布显示为渐变脊波导的立体结构示意图及立体放大图。如图5A所示,所述渐变脊波导13设置于一块金属板22,例如,铜板,通过铜板与层压板11和间隙波导天线12贴合在一起。铜板22的尺寸与层压板11和间隙波导天线12的尺寸相同。
请参阅图5B,所述渐变脊波导13包括矩形波导腔131(所述矩形波导腔131的与所述第一矩形避让区111A的设置位置上下对应,且两者尺寸相同)及设置于所述矩形波导腔131内的渐变金属脊132。所述渐变金属脊132对称设置于所述矩形波导腔131的长边,贴合于所述矩形波导腔131内壁上的所述渐变金属脊132的对称侧边线性式倾斜,使得所述渐变金属脊的侧面呈梯形状,通过下宽上窄渐变式结构使阻抗平滑过渡,进而降低了波导的截止频率,缩小了波导的尺寸,更有利于小间距布局,解决雷达大角度测角模糊问题。参阅图6所示普通波导(左)和渐变脊波导(右)的天线间距对比图,如图6所示,若使用普通波导进行连接,波导的宽边必须足够大才能保证电磁波传输,其尺寸已经大于77GHz的半波长,限制了天线的小间距布局,导致了雷达大角度测角模糊问题,当在波导中引入渐变金属脊后,缩小了波导尺寸,能够以半波长进行天线布局,解决雷达大角度测角模糊问题。
本实施例提供一种雷达天线,其包括层压板、渐变脊波导和间隙波导缝隙天线,通过间隙波导缝隙天线替换传统的微带天线,解决了微带天线馈线辐射、损耗大、辐射效率低等问题,且通过引入渐变脊波导,一方面利用金属脊的渐变方式能够使阻抗平滑过渡,改善阻抗匹配,能够顺利的将能量由微带线传输到波导中,另一方面金属脊的引入降低了波导的截止频率,缩小了波导的尺寸,更有利于小间距布局,解决雷达大角度测角模糊问题。
实施例二
本实施例提供一种车载雷达天线,装载于车辆上;所述车载雷达天线包括实施例一所述所述雷达天线1。
综上所述,本发明所述雷达天线及车载雷达天线通过其上设置的间隙波导缝隙天线替换传统的微带天线,解决了微带天线馈线辐射、损耗大、辐射效率低等问题,且通过引入渐变脊波导,一方面利用金属脊的渐变方式能够使阻抗平滑过渡,改善阻抗匹配,能够顺利的将能量由微带线传输到波导中,另一方面金属脊的引入降低了波导的截止频率,缩小了波导的尺寸,更有利于小间距布局,解决雷达大角度测角模糊问题。因此,本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种雷达天线,其特征在于,包括:
层压板、间隙波导天线及连通所述层压板和所述间隙波导天线的渐变脊波导;
其中,所述层压板上蚀刻有微带线;
所述渐变脊波导用于将所述微带线上的能量转换至所述间隙波导天线中;
所述间隙波导天线包括用于传输能量的金属脊和设置于所述金属脊两侧的金属销钉。
2.根据权利要求1所述的雷达天线,其特征在于:
所述层压板包括上介质基板和下介质基板,所述上介质基板和所述下介质基板通过半固化片压合连接;
所述上介质基板的上表面和所述下介质基板的上下表面分别覆设有金属层。
3.根据权利要求2所述的雷达天线,其特征在于:
所述微带线蚀刻于所述下介质基板的下表面,且所述微带线的末端设置为探针式结构;
所述微带线的两侧设置有两列金属接地孔;所述金属接地孔连接所述下介质基板的上下表面的金属层。
4.根据权利要求3所述的雷达天线,其特征在于:
所述上介质基板的上表面金属层与微带线的末端的相交处开设有第一矩形避让区;
所述下介质基板的下表面金属层与微带线的末端的相交处开设有第二矩形避让区;
所述第一矩形避让区与所述第二矩形避让区面积相同,且两者的位置上下对应;
所述第一矩形避让区与所述第二矩形避让区的四周亦设置于所述金属接地孔;
所述第一矩形避让区的内部蚀刻有辐射贴片;
所述下介质基板的上表面金属层,且与所述第二矩形避让区的内部相对应的区域设置有矩形缝隙。
5.根据权利要求4所述的雷达天线,其特征在于:所述渐变脊波导包括矩形波导腔及设置于所述矩形波导腔内的渐变金属脊;所述渐变金属脊对称设置于所述矩形波导腔的长边;贴合于所述矩形波导腔内壁上的所述渐变金属脊的对称侧边线性式倾斜,使得所述渐变金属脊的侧面呈梯形状。
6.根据权利要求5所述的雷达天线,其特征在于:所述矩形波导腔与所述第一矩形避让区的设置位置上下对应,且两者尺寸相同。
7.根据权利要求6所述的雷达天线,其特征在于:所述间隙波导天线还包括上层金属板和下层金属板;其中,所述上层金属板与所述金属销钉和所述金属脊之间存在间隙;所述金属销钉和所述金属脊设置于所述下层金属板上;其中,所述间隙的大小小于等于四分之一波导波长。
8.根据权利要求7所述的雷达天线,其特征在于:
所述金属销钉均匀式分布于所述金属脊的两侧;或
所述金属销钉非均匀式分布于所述金属脊的两侧。
9.根据权利要求7所述的雷达天线,其特征在于:
所述上层金属板上开设有多个矩形缝隙,所述多个矩形缝隙左右交替式分布于所述上层金属板的中心轴线两端;所述矩形缝隙的长度与中心的间距为二分之一波导波长;所述矩形缝隙的长度为半波长;
所述间隙波导天线的下层金属板与所述金属脊相交处设置有矩形槽,且所述矩形槽与所述第一矩形避让区的设置位置上下对应,且两者尺寸相同;
其中,与所述矩形槽相交的所述金属脊呈阶梯式结构。
10.一种车载雷达天线,其特征在于:装载于车辆上;所述车载雷达天线包括权利要求1至9任一项所述雷达天线。
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