CN115101931B - 天线及雷达装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种天线及雷达装置，属于雷达技术领域，该天线设置两个馈电组件共用一个辐射单元，在每个馈电组件中，接地单元与临近的馈电线形成容性耦合结构，使得在馈电结构中仅有共面波导结构中的一个接地面，从而可以避免出现普通共面波导中普遍存在的寄生模式，例如奇模以及平行板模；同时接地单元的这种设置方式还可以作为反射面提高辐射单元的增益；该结构使得馈电网络中无需再配置巴伦，减小天线馈电网络的大小，从而减小天线的体积，能够实现天线的小型化。

Description

天线及雷达装置

技术领域

本申请属于雷达技术领域，具体涉及一种天线及雷达装置。

背景技术

随着自动化驾驶、车路协同等技术的发展，传感器得到了越来越广泛的应用。自动化驾驶系统或者车路协同系统中，需要采集目标对象的不同类型的特征信息，使得系统根据特征信息做出的判断更准确。因此通常在路侧或者道路上方配置检测组件，如图1所示，检测组件包括多个传感器以监测道路状况，如毫米波雷达300、摄像头200、控制单元100等。毫米波雷达300用于实时检测车道内接近车辆的相对距离、速度和方位角度，并通过CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)通信发送给控制单元100。控制单元100将从毫米波雷达和摄像头200等其他传感器获取的信息综合判断，道路上的车辆是否有发生碰撞的可能。如果配置在路口，将通过信号灯单元提示或者通过语音提醒单元对车辆进行语音提示。

如前所述，诸如路侧单元类似的电子装置内配置的是毫米波系统，如28GHz、77GHz。近几年来，对于毫米波雷达平台的射频前端中越来广泛使用差分系统，这是由于差分系统具有线性度高、抗干扰性能强、动态范围大且抑制谐波的优点。现有技术中针对这种系统采用的是多个一模一样的天线组合在一起的形式，然而此种方式有以下缺点：1、同轴馈电端口到差分端口需要巴伦，因此将导致体积变大；2、多个一模一样的天线组合在一起体积较大无法小型化。

发明内容

发明目的：本申请实施例提供一种天线，以解决现有技术中同轴馈电端口到差分端口需要配置巴伦，导致体积变大的技术问题；本申请的另一目的是提供一种雷达装置。

技术方案：本申请实施例提供一种天线，包括辐射单元和两个馈电组件；

所述馈电组件包括：

馈电线，所述馈电线的一端与所述辐射单元相连接；

馈电端口，所述馈电线的另一端与所述馈电端口相连接；

接地单元，所述接地单元与所述馈电端口以及所述馈电线间隔设置，且所述接地单元与所述馈电线形成容性耦合结构。

在一些实施例中，所述辐射单元具有对称轴，所述两个馈电组件关于所述对称轴对称设置。

在一些实施例中，所述辐射单元呈矩形。

其中，所述馈电线连接于所述辐射单元的侧边沿。

在一些实施例中，所述辐射单元的宽度大于所述馈电线的宽度。

在一些实施例中，两个所述馈电组件的馈电线相互垂直。

在一些实施例中，所述接地单元设置有多个缝隙，所述多个缝隙在所述接地单元上形成谐振结构。

在一些实施例中，所述多个缝隙的长度不同。

在一些实施例中，在所述接地单元的宽度方向上，所述多个缝隙依次排列且长度渐变。

在一些实施例中，所述接地单元设置有三个所述缝隙，三个所述缝隙的长度分别为2.25~2.45mm、2.5~2.7mm、2.75~2.85mm。

在一些实施例中，所述接地单元设置在所述馈电端口靠近另一所述馈电组件的一侧。

在一些实施例中，所述馈电线包括相连接的第一宽度段和第二宽度段，所述第一宽度段和所述辐射单元相连接，所述第二宽度段和所述馈电端口相连接，所述第一宽度段的宽度大于所述第二宽度段的宽度。

在一些实施例中，在所述馈电线的宽度方向上，所述第二宽度段与所述接地单元并排设置。

在一些实施例中，所述辐射单元的宽度为4.6-5.0mm；所述馈电线的长度为8.4~8.8mm；所述接地单元的宽度为3.1~3.5mm；所述馈电组件的最大宽度为5.3~5.7mm。

在一些实施例中，在所述馈电线的长度方向上，与该馈电线连接的所述馈电端口与另一个所述馈电组件的接地单元的距离为5.3~5.7mm。

相应的，本申请实施例提供的一种雷达装置，包括以上任一项所述的天线。

有益效果：与现有技术相比，本申请实施例提供的一种天线，包括辐射单元和两个馈电组件；馈电组件包括馈电线、馈电端口和接地单元，馈电线的一端与辐射单元相连接，馈电线的另一端与馈电端口相连接，接地单元与馈电端口以及馈电线间隔设置，且接地单元与馈电线形成容性耦合结构。该天线设置两个馈电组件共用一个辐射单元，在每个馈电组件中，接地单元与临近的馈电线形成容性耦合结构，使得在馈电结构中仅有共面波导结构中的一个接地面，从而可以避免出现普通共面波导中普遍存在的寄生模式，例如奇模以及平行板模；同时接地单元的这种设置方式还可以作为反射面提高辐射单元的增益。该结构使得馈电网络无需再配置巴伦，减小天线馈电网络的大小，从而减小天线的体积，能够实现天线的小型化。

可以理解的是，与现有技术相比，本申请提供的雷达装置可以具有上述天线的所有技术特征以及有益效果，在此不再赘述。

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是路侧或者道路上方配置检测组件的示意图；

图2是本申请实施例提供的天线的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的天线的尺寸示意图；

图4是本申请第一实施例提供的天线仿真与测量得到的S参数；

图5是本申请第一实施例提供的天线仿真和测试的天线方向图；

图6是本申请第一实施例提供的天线在频段内的增益和辐射效率；

附图标记：100-控制单元；200-摄像头；300-毫米波雷达；10-辐射单元；20-馈电组件；21-馈电线；22-馈电端口；23-接地单元；24-缝隙；21a-第一宽度段；21b-第二宽度段；AA’-对称轴。

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，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

还需要特别说明的是，在本申请的描述中，对于同一馈电组件20而言，“长度方向”指的是其馈电线21长度所在的方向，也就是自馈电线21与辐射单元10相连接的一端指向馈电线21与馈电端口22相连接的一端的方向或者其反方向，相应的，“宽度方向”与长度方向垂直，“宽度方向”指馈电线21宽度所在的方向。可以理解的是，对于两个馈电组件20而言，两者的“长度方向”相互之间可以为不同方向，两者的“宽度方向”相互之间也可以为不同方向。

本申请实施例提供一种天线，请参阅图2，图2示出了该天线的主要部件结构，可见，该天线至少包括辐射单元10和两个馈电组件20，两个馈电组件20与辐射单元10分别连接，从而，两个馈电组件20共用该辐射单元10。

在一些实施例中，馈电组件20包括馈电线21、馈电端口22和接地单元23，两个馈电组件20的馈电端口22分别通过对应的馈电线21连接到辐射单元10，具体的，馈电线21的一端与辐射单元10相连接，馈电线21的另一端与馈电端口22相连接，从而辐射单元10能被两组馈电通道所共用。

进一步的，为了提升天线的增益和辐射效率，在一些实施例中，可以将天线的辐射单元10和两个馈电组件20采用对称设计，请再次参阅图2所示，对称轴AA’为辐射单元10的对称轴，两个馈电组件20关于对称轴AA’对称设置。

在一些实施例中，辐射单元10呈矩形，也就是说辐射单元10可以具有矩形的轮廓，两个馈电组件20的馈电线21可以分别连接辐射单元10的相邻侧边。通过将辐射单元10设置成矩形结构，同时将两个馈电组件20连接在相邻矩形侧边上，有效改善天线的方向图。

在一些实施例中，两个馈电组件20的延伸方向大致呈正交，即两个馈电线21的长度方向大致呈正交，作为优选，两个馈电组件20的馈电线21相互垂直。从而进一步改善天线的方向图。

在一些实施例中，辐射单元10的宽度大于馈电线21的宽度，有利于天线的小型化，且能够改善天线的方向图，抑制交叉极化。请一并参阅图3所示，辐射单元10的宽度a优选为4.6-5.0mm，也就是说，a可以在该范围内任意选择，例如a可以是4.6mm、4.7mm、4.8mm、4.9mm、5.0mm，作为进一步优选，当a为4.8mm时效果达到最佳，馈电线21的宽度b小于辐射单元10的宽度a即可。

进一步的，馈电线21可以包括相连接的第一宽度段21a和第二宽度段21b，第一宽度段21a和辐射单元10相连接，第二宽度段21b和馈电端口22相连接，第一宽度段21a的宽度大于第二宽度段21b的宽度。

每个馈电端口22的一侧设置有接地单元23，接地单元23与馈电端口22以及馈电线21间隔设置，即接地单元23与馈电端口22以及馈电线21之间存在间隙。请再次参阅图2所示，在馈电线21的宽度方向上，第二宽度段21b与接地单元23并排设置，请再次参阅图2，第一宽度段21a和第二宽度段21b连接大致呈现的L形，接地单元23设置于该L形结构的内侧。接地单元23与临近的馈电线21形成容性耦合式的馈电结构，之所以称之为容性耦合式的馈电结构，是因为相比于现有技术中的共面波导结构，本实施例中的馈电传输线路仅有共面波导结构中的其中一个接地面，接地单元23与临近的馈电线21容性耦合。如此，可以减少普通共面波导中普遍存在的寄生模式，例如奇模以及平行板模。

并且，接地单元23以这种容性耦合式的馈电结构的设置方式，还可以作为反射面提高辐射单元10的增益。进一步的，可以将接地单元23设置在馈电端口22靠近另一馈电组件20的一侧，即将接地单元23配置在馈电线21的内侧，可以充当辐射单元10的反射板，提高前向的增益。

在一些实施例中，馈电端口22和接地单元23通过传输线连接收发电路，具体的，馈电端口22与收发电路的信号线相连接，接地单元23与收发电路的接地端口相连接，整个馈电网络中无需再配置巴伦，从而大幅缩小天线的馈电网络的大小，实现天线的小型化。

在一些实施例中，在接地单元23上配置有若干个缝隙24，这些缝隙24用于在接地单元23上形成谐振结构，阻止表面波产生，从而提高两个馈电端口22之间的耦合度。

为了进一步提升两个馈电端口22之间的耦合度，可以将接地单元23上设置的多个缝隙24设计成非等长缝隙24，即多个缝隙24的长度互不相同，根据仿真结果，在25-31GHz，设置三条不等长缝隙后最低隔离度从-7dB提高到-13dB，最大增益从6.4dBi提高到7.3dBi。作为进一步的优选，在接地单元23的宽度方向上，多个缝隙24依次排列且长度渐变，通过将多个缝隙24沿着接地单元23的宽度方向以长度渐变的方式依次排列，进一步强化阻止表面波产生的效果，进一步的提高两个端口之间的耦合度。

作为优选，可以在接地单元23上设置有三个缝隙24，三个缝隙24的长度分别为2.25~2.45mm、2.5~2.6mm、2.75~2.85mm。具体的，请再次参阅图2，在宽度方向上，更靠近馈电线21的缝隙24的长度x可以在2.25~2.45mm的范围内任意选择，例如x可以是2.25mm、2.35mm、2.45mm；在宽度方向上，更远离馈电线21的缝隙24的长度z可以在2.75~2.85mm的范围内任意选择，例如z可以是2.75mm、2.85mm、2.95mm；在宽度方向上，位于中间的缝隙24的长度y可以在2.5~2.7mm的范围内任意选择，例如y可以是2.5mm、2.6mm、2.7mm；可以进一步地，将x优选为2.35mm，将y优选为2.6mm，将z优选为2.85mm，以达到最佳的效果。

请再次参阅图3，在一些实施例中，馈电线21的长度c可以为8.4~8.8mm，即c可以在8.4~8.8mm的范围内任意选择，例如c可以是8.4mm、8.5mm、8.6mm、8.7mm、8.8mm，可以进一步将c优选为8.6mm，以达到天线的最佳性能的效果，并满足小型化目的。

在一些实施例中，接地单元23的宽度d可以为3.1~3.5mm，即d可以在3.1~3.5mm的范围内任意选择，例如d可以是3.1mm、3.2mm、3.3mm、3.4mm、3.5mm，可以进一步将d优选为3.3mm，以达到天线的最佳性能的效果，并满足小型化目的。

在一些实施例中，馈电组件20的最大宽度e可以为5.3~5.7mm，即e可以在5.3~5.7mm的范围内任意选择，例如e可以是5.3mm、5.4mm、5.5mm、5.6mm、5.7mm，可以进一步将e优选为5.5mm，以达到天线的最佳性能的效果，并满足小型化目的。

在一些实施例中，在馈电线21的长度方向上，与馈电线21连接的馈电端口22与另一个馈电组件20的接地单元23的距离f为5.2~5.7mm，即f可以在5.3~5.7mm的范围内任意选择，例如f可以是5.3mm、5.4mm、5.5mm、5.6mm、5.7mm，可以进一步将f优选为5.5mm，以达到天线的最佳性能的效果，并满足小型化目的。

请一并参阅图4、图5和图6，其中，图4示出了本申请第一实施例提供的天线仿真与测量得到的S参数，图5示出了本申请第一实施例提供的天线仿真和测试的天线方向图，图6示出了本申请第一实施例提供的天线在频段内的增益和辐射效率；在本申请的第一实施例中，该天线的尺寸参数a、b、c、d、e、f均在各自的优选范围中，在接地单元23上设置三个缝隙24，三个缝隙24沿着接地单元的长度方向延伸，且缝隙24的开口指向第一宽度段21a，沿着远离第二宽度段21b的方向，三个缝隙24的长度依次为x、y、z，其中，x为2.35mm，y为2.6mm，z为2.85mm。请参阅图4，从天线仿真与测量得到的S参数可见，本实施例的天线在25-31GHz的反射系数都在-10dB以下，部分带宽约为21.3%。请参阅图5，从仿真和测试的天线方向图可见，本实施例的天线交叉极化被抑制在-14dB以下，覆盖范围可达120°。请参阅图6，本实施例的天线在整个频段范围内平均约有6.5dBi的增益。

该天线设置两个馈电组件20共用一个辐射单元10，在每个馈电组件20中，接地单元23与临近的馈电线21形成容性耦合式的馈电结构，使得在馈电结构中仅有共面波导结构中的一个接地面，从而可以避免出现普通共面波导中普遍存在的寄生模式，例如奇模以及平行板模；同时接地单元23的这种设置方式还可以作为反射面提高辐射单元的增益。将馈电端口22与收发电路的信号线相连接，接地单元23与收发电路的接地端口相连接，整个馈电网络无需再配置巴伦，减小天线馈电网络的大小，从而减小天线的体积，能够实现天线的小型化。

相应的，本申请实施例还提供了一种雷达装置，该雷达装置可以为毫米波雷达装置，其可以配置于路侧或者道路上方，用于采集目标对象的不同类型的特征信息。可以理解的是，该雷达装置可以具有上述天线的所有技术特征以及有益效果，在此不再赘述，通过天线的小型化，实现雷达装置的小型化。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上对本申请实施例所提供的天线及雷达装置进行了详细介绍，并应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例的技术方案的范围。

Claims (13)

1.一种天线，其特征在于，包括辐射单元（10）和两个馈电组件（20）；

所述馈电组件（20）包括：

馈电线（21），所述馈电线（21）的一端与所述辐射单元（10）相连接；

馈电端口（22），所述馈电线（21）的另一端与所述馈电端口（22）相连接；

接地单元（23），所述接地单元（23）与所述馈电端口（22）以及所述馈电线（21）间隔设置，且所述接地单元（23）与所述馈电线（21）形成容性耦合结构；

两个所述馈电组件（20）的馈电线（21）相互垂直；

所述接地单元（23）仅设置在所述馈电线（21）靠近另一所述馈电组件（20）的一侧。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述辐射单元（10）具有对称轴，所述两个馈电组件（20）关于所述对称轴对称设置。

3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述辐射单元（10）呈矩形。

4.根据权利要求1-3任一项所述的天线，其特征在于，所述辐射单元（10）的宽度大于所述馈电线（21）的宽度。

5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述接地单元（23）设置有多个缝隙（24），所述多个缝隙（24）在所述接地单元（23）上形成谐振结构。

6.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，所述多个缝隙（24）的长度不同。

7.根据权利要求6所述的天线，其特征在于，在所述接地单元（23）的宽度方向上，所述多个缝隙（24）依次排列且长度渐变。

8.根据权利要求5-7任一项所述的天线，其特征在于，所述接地单元（23）设置有三个所述缝隙（24），三个所述缝隙（24）的长度分别为2.25~2.45mm、2.5~2.7mm、2.75~2.85mm。

9.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述馈电线（21）包括相连接的第一宽度段（21a）和第二宽度段（21b），所述第一宽度段（21a）和所述辐射单元（10）相连接，所述第二宽度段（21b）和所述馈电端口（22）相连接，所述第一宽度段（21a）的宽度大于所述第二宽度段（21b）的宽度。

10.根据权利要求9所述的天线，其特征在于，在所述馈电线（21）的宽度方向上，所述第二宽度段（21b）与所述接地单元（23）并排设置。

11.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述辐射单元（10）的宽度为4.6-5.0mm；所述馈电线（21）的长度为8.4~8.8mm；所述接地单元（23）的宽度为3.1~3.5mm；所述馈电组件（20）的最大宽度为5.3~5.7mm。

12.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，在所述馈电线（21）的长度方向上，与该馈电线（21）连接的所述馈电端口（22）与另一个所述馈电组件（20）的接地单元（23）的距离为5.3~5.7mm。

13.一种雷达装置，其特征在于，包括权利要求1-12任一项所述的天线。

Images