CN115494456B - 雷达收发装置及雷达装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种雷达收发装置及雷达装置，装置包括：叠层结构；雷达收发模块；多个波导结构，所述多个波导结构贯穿所述叠层结构，用于连接所述雷达收发模块和收发天线；多组信号屏蔽孔单元，所述多组信号屏蔽孔单元的每一组信号屏蔽孔单元设置在所述多个波导结构中的一个波导结构的外围，其中，所述每一组信号屏蔽孔单元包括多个金属化通孔和多个金属化盲孔。本发明所提供的技术方案能够解决现有技术中雷达收发装置中雷达线路板的叠层数量较多，以及波导结构较为复杂的技术问题。

Description

雷达收发装置及雷达装置

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，尤其涉及一种雷达收发装置及雷达装置。

背景技术

现有技术中，在毫米波雷达中，波印刷线路板叠层结构主要分为非对称结构和对称结构两种。无论对称结构还是非对称结构的雷达线路板的叠层数量通常在6层~12层之间，天线收发单元和射频单元均位于高频材料的一侧。

非对称结构叠层在压合过程中难以控制线路板的翘曲度，且在元器件贴装过炉之后，印刷线路板的应力进一步释放，印刷线路板的翘曲度加重，进而导致印刷线路板上的元件出现虚焊问题，例如电阻器和电容器等焊接面积较小的封装很容易出现虚焊，甚至导致组装过程中出现元件断裂。最终导致雷达整机的合格率下降。

对称结构叠层在穿层的过程中，正面和背面使用了传输毫米波信号损耗较小的高频板材以减少射频信号的损耗，同时，为了兼顾传输损耗和制板成本，在内层使用了介电常数与正面和背面接近的高频板材。

在设置波导结构时，为了减少毫米波频段信号穿层的插入损耗，使用了开放式空气波导结构、封闭式空气波导结构或二次钻孔结构等。此类波导结构对印刷线路板的工艺要求极高，不利于雷达的量产。

发明内容

本发明提供了一种雷达收发装置及雷达装置，旨在有效解决现有技术中雷达收发装置中雷达线路板的叠层数量较多，以及开放式空气波导结构、封闭式空气波导结构或二次钻孔结构的工艺较为复杂的技术问题。

根据本发明的一方面，本发明提供一种雷达收发装置，所述装置包括：

叠层结构；

雷达收发模块；

多个波导结构，所述多个波导结构贯穿所述叠层结构，用于连接所述雷达收发模块和收发天线；

多组信号屏蔽孔单元，所述多组信号屏蔽孔单元的每一组信号屏蔽孔单元设置在所述多个波导结构中的一个波导结构的外围，其中，所述每一组信号屏蔽孔单元包括多个金属化通孔和多个金属化盲孔。

进一步地，所述叠层结构包括具有对称性的多层导电层和多层介质，所述多层导电层沿一厚度方向上依次具有第一层导电层、第二层导电层、第三层导电层和第四层导电层，所述多层介质沿所述厚度方向上依次具有第一层介质、第二层介质和第三层介质，其中，所述第一层介质位于所述第一层导电层和所述第二层导电层之间，所述第二层介质位于所述第二层导电层和所述第三层导电层之间，所述第三层介质位于所述第三层导电层和所述第四层导电层之间。

进一步地，所述多个金属化通孔沿所述厚度方向贯穿所述导电层和介质叠层结构，所述多个金属化盲孔沿所述厚度方向贯穿所述第一层导电层及所述第一层介质。

进一步地，所述多个金属化盲孔依次相邻排列并设置在对应的波导结构的外围，所述多个金属化通孔依次相邻排列并设置在对应的所述多个金属化盲孔的外围。

进一步地，所述波导结构包括信号通孔和表面波波导，所述信号通孔贯穿所述导电层和介质叠层结构，所述表面波波导设置于所述第四层导电层，其高度也与周围的导电层等高。

进一步地，所述雷达收发模块包括多个发射单元和多个接收单元，其中，所述多个发射单元和所述多个接收单元分别与所述多个信号通孔中的一个信号通孔相连接。

进一步地，所述装置还包括射频传输线路，所述射频传输线路设置于所述第一层导电层，其中，所述多个发射单元和所述多个接收单元通过所述射频传输线路与对应的所述信号通孔连接。

进一步地，所述装置还包括多个波导接口，所述多个波导接口设置于所述第四层导电层，所述多个波导接口用于连接所述表面波波导和所述收发天线。相邻的波导接口呈正交排列，即表面波波导的宽度方向正对着相邻表面波波导的长度方向，反之亦然。

进一步地，所述第二层导电层和所述第三层导电层中设有信号屏蔽环，所述信号屏蔽环设在所述信号通孔的外围。

进一步地，所述装置还包括用于布置电线的多个金属化半孔，所述多个金属化半孔设置在所述叠层结构的外围并依次相邻排列。

进一步地，所述装置还包括多个孔塞，所述多个孔塞用于堵住所述多个金属化通孔和所述信号通孔的孔洞。

进一步地，所述第一层介质和所述第三层介质的厚度及材质均相同，所述第二层介质的硬度大于所述第一层介质或所述第三层介质的硬度。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种雷达装置，所述雷达装置包括：

收发天线和雷达基带，以及如上所述的雷达收发装置。

通过本发明中的上述实施例中的一个实施例或多个实施例，至少可以实现如下技术效果：

在本发明所公开的技术方案中，首先，本发明在波导结构周边设置了多个金属化通孔和多个金属化盲孔，能够有效地减少高频信号的传输损耗，保障了信号的高质量传输，并且可以简化波导结构的制造工艺，提高了雷达的性能。

其次，本发明采用对称叠层，且只有四层导电层，减少了导电层的层数，可以改善非对称叠层结构的印刷线路板带来的高翘曲度对毫米波雷达性能的影响，提高了毫米波雷达的可靠性、可制造性和可维护性。同时，对称结构的雷达收发器可单独测试电性能，提高生产线的效率，对称结构的雷达收发器与波导性质的天线阵列能良好的匹配，提高了通道之间的一致性。

再次，对称叠层结构的雷达收发器模块是作为一个独立的模块焊接在基带板上。因此，其在外形尺寸上不必与基带板的尺寸相近，可以远小于基带板，减少了高频板材在整个设计中的用量。带来的好处是单位尺寸的高频板材产出的雷达收发器模块数量增多，降低了雷达的成本。且减少了不同型号的雷达产品对雷达收发器模块的依赖性，即无论是角向雷达，前向雷达还是级联的成像雷达，均可使用相同的雷达收发器模块。

最后，对称结构的雷达收发装置与天线阵列模块不同层，芯片顶面直接与雷达底壳接触，减少了散热的路径，提高了散热效率，也减少了对电磁屏蔽材料的要求。

附图说明

下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其它有益效果显而易见。

图1为本发明实施例提供的一种雷达收发装置的剖面图；

图2为本发明实施例提供的一种雷达收发装置的正面图；

图3为本发明实施例提供的一种雷达收发装置的背面图；

图4为本发明实施例提供的信号屏蔽孔单元的示意图；

图5为本发明实施例的波导结构的第一种S11仿真结果曲线图；

图6为本发明实施例的波导结构的第二种S11仿真结果曲线图；

图7为本发明实施例提供的一种雷达装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，在不做特别说明的情况下，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

现有技术中，毫米波雷达一般由天线罩、底壳、印刷线路板和外部接口组成。其中，印刷线路板是元器件的载体，一般采用多种不同介电常数、介质厚度和不同铜箔厚度的板材压合而成。印刷线路板上有射频电路单元、收发天线阵列、天线馈线、供电单元以及数字处理单元等。通常情况下，毫米波频段相关的射频电路单元、收发天线阵列和天线馈线等元件设置在印刷线路板的正面，即高频材料的一侧，而数字电路单元在印刷线路板的反面，毫米波雷达收发器通过球状矩阵排列封装的方式直接焊接在印刷线路板上。

本发明提供了一种雷达收发装置，采用对称叠层结构的毫米波印刷线路板。图1所示为本发明实施例所提供的雷达收发装置的剖面图，所述装置包括：

叠层结构10；

雷达收发模块20；

多个波导结构30，所述多个波导结构30贯穿所述叠层结构10，用于连接所述雷达收发模块20和收发天线；

多组信号屏蔽孔单元40，所述多组信号屏蔽孔单元40的每一组信号屏蔽孔单元40设置在所述多个波导结构30中的一个波导结构30的外围，其中，所述每一组信号屏蔽孔单元40包括多个金属化通孔41和多个金属化盲孔42。

示例性地，图1为本发明实施例提供的一种雷达收发装置的剖面图，如图1所示，叠层结构10由多层线路板叠层组成，具有印刷线路板，是元器件的载体，整个叠层结构10的不同层一般采用多种不同介电常数，对不同介质厚度和不同铜箔厚度的板材进行压合而形成叠层。其中，印刷线路板上可以集成不同的功能性单元，例如射频电路、收发天线阵列、天线馈线、供电单元和数字处理单元等。

示例性地，雷达收发模块20为雷达收发器芯片，主要功能是在雷达基带模块处理器的控制下，输出多种样式的调频连续波信号，并接收目标回波信号。然后经过下变频器、滤波器、放大器和模数转换器后形成数字基带信号，输出到雷达基带模块的接收数据接口。

多个波导结构30，所述多个波导结构30贯穿所述叠层结构10，用于连接所述雷达收发模块20和收发天线；

示例性地，多个波导结构30为金属化孔-波导的转接结构，用于传输雷达收发器芯片输出的高频信号，从第一层传输到最后一层，且不与基本结构的其它层的金属部件相接触，最终通过基带板上的标准波导接口60与收发天线连接，将高频信号通过收发天线发射出去。

波导结构30是用来定向传导电磁波的结构，波导主要用作微波频率的传输线，在雷达、通讯卫星和微波无线电链路设备中，波导结构30用来将微波发送器和接收机与天线连接起来。

多组信号屏蔽孔单元40，所述多组信号屏蔽孔单元40的每一组信号屏蔽孔单元40设置在所述多个波导结构30中的一个波导结构30的外围，其中，所述每一组信号屏蔽孔单元40包括多个金属化通孔41和多个金属化盲孔42。

示例性地，图2为本发明实施例提供的一种雷达收发装置的正面图，如图2所示，在本发明中，为了屏蔽波导结构30中传输的信号，在波导结构30的外围设置多个金属化盲孔42，然后在多个金属化盲孔42的外围再设置多个金属化通孔41。

由于叠层结构10中布置了各种线路，尤其是波导结构30的周边，电路布局比较密集，为了不影响叠层结构10底层的电路，在波导结构30周边距离较近的位置设置多个金属化盲孔42，起到一层屏蔽信号的作用。波导结构30周边距离稍远的位置处，电路布置相对减少，在合适的位置处再设置多个金属化通孔41，起到另外一层屏蔽信号的作用，两层屏蔽孔组成了一组信号屏蔽孔单元40，可以有效屏蔽波导结构30的雷达信号。

其中，传输高频信号的金属化波导结构30四周的金属化盲孔42之间相切排列，金属化通孔41之间也相切排列，以防止高频信号泄露到附近的介质中。

进一步地，所述叠层结构10包括具有对称性的多层导电层和多层介质，所述多层导电层沿一厚度方向H上依次具有第一层导电层11、第二层导电层12、第三层导电层13和第四层导电层14，所述多层介质沿所述厚度方向H上依次具有第一层介质15、第二层介质16和第三层介质17，其中，所述第一层介质15位于所述第一层导电层11和所述第二层导电层12之间，所述第二层介质16位于所述第二层导电层12和所述第三层导电层13之间，所述第三层介质17位于所述第三层导电层13和所述第四层导电层14之间。

示例性地，在本发明中，叠层结构10采用对称叠层结构的毫米波印刷线路板，如图1所示，从上到下一共有四层线路层，多层导电层上可以布局各类电路和元器件。例如，第一层导电层11和第二层导电层12为信号层，用于产生和传输高频信号，第三层导电层13为电源层，第四层导电层14也是信号层，可以将信号传输至收发天线。多层介质用于屏蔽信号，材质为绝缘体，用于对相邻的导电层进行隔离。

进一步地，所述多个金属化通孔41沿所述厚度方向H贯穿所述叠层结构10，所述多个金属化盲孔42沿所述厚度方向H贯穿所述第一层导电层11及所述第一层介质15。

进一步地，所述多个金属化盲孔42依次相邻排列并设置在对应的波导结构30的外围，所述多个金属化通孔41依次相邻排列并设置在对应的所述多个金属化盲孔42的外围。

示例性地，叠层结构10用于布局多种线路，波导结构30的周边电路布局比较密集，为了不影响第二层导电层12、第三层导电层13和第四层导电层14的电路，在波导结构30周边距离较近的位置设置多个贯穿第一层导电层11及第一层介质15金属化盲孔42。波导结构30周边距离稍远的位置处，电路布置相对减少，设置的多个金属化通孔41贯穿整个叠层结构10，两层屏蔽孔有效防止波导结构30的雷达信号泄露。

图4为本发明实施例提供的信号屏蔽孔单元40的示意图，如图2和图4所示，传输高频信号的金属化波导结构30四周的金属化盲孔42之间相切排列，金属化通孔41之间也相切排列，以减少射频信号的损耗。

进一步地，所述波导结构30包括信号通孔31和表面波波导32，所述信号通孔31贯穿所述叠层结构10，所述表面波波导32设置于所述第四层导电层14。

示例性地，通常波导结构30专指各种形状的空心金属波导管和表面波波导32，其中，空心金属波导管即为信号通孔31，可以将被传输的电磁波完全限制在金属管内，又称封闭波导，表面波波导32将引导的电磁波约束在波导结构30的周围，又称开波导。

进一步地，所述雷达收发模块20包括多个发射单元和多个接收单元，其中，所述多个发射单元和所述多个接收单元分别与所述多个信号通孔31中的一个信号通孔31相连接。

示例性地，图2为本发明实施例提供的一种雷达收发装置的正面图，在该示例中，在第一层导电层11上，雷达收发模块20具有3发4收线路，发射单元连接3个波导结构30的信号通孔31，在第四层导电层14上，波导结构30的表面波波导32连接3个发射天线。同理，在第一层导电层11上，接收单元连接4个波导结构30的信号通孔31，在第四层导电层14上，波导结构30的表面波波导32连接4个接收天线。

如图2所示，对称叠层结构的雷达收发器模块是作为一个独立的模块焊接在基带板上。因此，其在外形尺寸上不必与基带板的尺寸相近，可以远小于基带板，能够减少高频板材在整个设计中的用量。使得单位尺寸的高频板材产出的雷达收发器模块数量增多，降低了雷达的成本。

进一步地，所述装置还包括射频传输线路50，所述射频传输线路50设置于所述第一层导电层11，其中，所述多个发射单元和所述多个接收单元通过所述射频传输线路50与对应的所述信号通孔31连接。

示例性地，如图2和图4所示，雷达收发模块20的多个发射单元和多个接收单元通过射频传输线路50与对应的波导结构30的信号通孔31进行连接。

进一步地，所述装置还包括多个波导接口60，所述多个波导接口60设置于所述第四层导电层14，所述多个波导接口60用于连接所述表面波波导32和所述收发天线。

示例性地，图3为本发明实施例提供的一种雷达收发装置的背面图，波导结构30的信号通孔31与表面波波导32连接为一体，表面波波导32与波导接口60相连接，波导接口60与收发天线相连接，最终通过收发天线接收或发送高频信号。

进一步地，所述第二层导电层12和所述第三层导电层13中设有信号屏蔽环70，所述信号屏蔽环70设在所述信号通孔31的外围。

示例性地，如图1所示，为了进一步提高信号屏蔽的效果，在第二层导电层12和第三层导电层13中挖设金属环，环内部为空隙，该信号屏蔽环70能够有效隔离高频信号。

进一步地，所述装置还包括用于布置电线的多个金属化半孔80，所述多个金属化半孔80设置在所述叠层结构10的外围并依次相邻排列。

示例性地，如图2和图3所示，雷达收发器模块的外围设有金属化半孔80，雷达收发器模块可以通过其四周金属化半孔80焊接在基带模块上，金属化半孔80用来传输电源、同步时钟、级联信号以及控制总线信号和数据总线信号等，建立与基带处理单元的通信。

进一步地，所述装置还包括多个孔塞90，所述多个孔塞90用于堵住所述多个金属化通孔41和所述信号通孔31的孔洞。

示例性地，如图3所示，通过孔塞90来堵住所有的通孔，其中，孔塞90可以为绝缘的树脂孔塞90。

进一步地，所述第一层介质15和所述第三层介质17的厚度及材质均相同，所述第二层介质16的硬度大于所述第一层介质15或所述第三层介质17的硬度。

示例性地，第一层介质15和第三层介质17之间的高频板材型号相同，厚度相同，传输76-81GHz频段的信号时具有低损耗的特点。第二介质层的板材厚度需要起到支撑的作用，具体设计时，例如可以设为49微米，远小于毫米波雷达的介质波长2.2毫米，可以提高雷达的性能。其中，介质的板材可以是FR4环氧玻璃布粘结片，也可以是碳氢化合物陶瓷玻璃布粘结片。但是为了起到良好的支撑作用，一般情况下，第二层介质16的硬度大于第一层介质15或第三层介质17的硬度。

另外，在本发明中，雷达收发装置包括除了包括雷达收发模块20、射频传输线路50、金属化孔-波导的波导结构30以及旁路电容器等元件，还包括外部晶体100，如图2和图3所示，外部晶体100一般设置于第一层导电层，用于生成时钟信号。

图4为本发明实施例提供的信号屏蔽孔单元的示意图，即本发明中金属化孔-波导结构30三维模型。示例性地，在图4中，假设发射端的毫米波信号从Y轴的正半轴输入，从Z轴的负半轴输出，接收端的毫米波信号从Z轴的负半轴输入，从Y轴的正半轴输出。经测试后，波导结构30的S11曲线如图5和图6所示，其中，S11为输入反射系数，也就是输入回波损耗。图5为本发明实施例的波导结构30的第一种S11仿真结果曲线图；图6为本发明实施例的波导结构30的第二种S11仿真结果曲线图。本发明的雷达收发装置能够减少高频信号的损耗。

通过本发明中的上述实施例中的一个实施例或多个实施例，至少可以实现如下技术效果：

在本发明所公开的技术方案中，首先，本发明在波导结构30周边设置了多个金属化通孔41和多个金属化盲孔42，能够有效地减少高频信号的损耗，保障了信号的高质量传输，并且可以简化波导结构30的制造工艺，提高了雷达的性能。

其次，本发明采用对称叠层，且只有四层导电层，减少了导电层的层数，可以改善非对称叠层结构的印刷线路板带来的高翘曲度对毫米波雷达性能的影响，提高了毫米波雷达的可靠性、可制造性和可维护性。同时，对称结构的雷达收发器可单独测试电性能，提高生产线的效率，对称结构的雷达收发器与波导性质的天线阵列能良好的匹配，提高了通道之间的一致性。

再次，对称叠层结构的雷达收发模块是作为一个独立的模块焊接在基带板上。因此，其在外形尺寸上不必与基带板的尺寸相近，可以远小于基带板，减少了高频板材在整个设计中的用量。带来的好处是单位尺寸的高频板材产出的雷达收发模块数量增多，降低了雷达的成本。且减少了不同型号的雷达产品对雷达收发器模块的依赖性，即无论是角向雷达，前向雷达还是级联的成像雷达，均可使用相同的雷达收发模块。

最后，对称结构的雷达收发装置与天线阵列模块不同层，芯片顶面直接与雷达底壳接触，减少了散热的路径，提高了散热效率，也减少了对电磁屏蔽材料的要求。

基于与本发明实施例的一种雷达收发装置同样的发明构思，本发明实施例提供了一种雷达装置，请参考图7，所述雷达装置包括：

收发天线201和雷达基带203，以及如上所述的雷达收发装置202。

其中，所述雷达装置的其它方面以及实现细节与前面所描述的雷达收发装置相同或相似，在此不再赘述。

根据本发明的另一方面，本发明还提供一种存储介质，所述存储介质中存储有多条指令，所述指令适于由处理器加载以执行如上所述的任一雷达收发装置。

综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (11)

1.一种雷达收发装置，其特征在于，所述装置包括：

叠层结构；

雷达收发模块；

多个波导结构，所述多个波导结构贯穿所述叠层结构，用于连接所述雷达收发模块和收发天线；

多组信号屏蔽孔单元，所述多组信号屏蔽孔单元的每一组信号屏蔽孔单元设置在所述多个波导结构中的一个波导结构的外围，其中，所述每一组信号屏蔽孔单元包括多个金属化通孔和多个金属化盲孔；

其中，所述叠层结构包括具有对称性的多层导电层和多层介质，所述多层导电层沿一厚度方向上依次具有第一层导电层、第二层导电层、第三层导电层和第四层导电层，所述多层介质沿所述厚度方向上依次具有第一层介质、第二层介质和第三层介质，其中，所述第一层介质位于所述第一层导电层和所述第二层导电层之间，所述第二层介质位于所述第二层导电层和所述第三层导电层之间，所述第三层介质位于所述第三层导电层和所述第四层导电层之间；

其中，所述多个金属化通孔沿所述厚度方向贯穿所述叠层结构，所述多个金属化盲孔沿所述厚度方向贯穿所述第一层导电层及所述第一层介质。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多个金属化盲孔依次相邻排列并设置在对应的波导结构的外围，所述多个金属化通孔依次相邻排列并设置在对应的所述多个金属化盲孔的外围。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述波导结构包括信号通孔和表面波波导，所述信号通孔贯穿所述叠层结构，所述表面波波导设置于所述第四层导电层。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述雷达收发模块包括多个发射单元和多个接收单元，其中，所述多个发射单元和所述多个接收单元分别与所述多个信号通孔中的一个信号通孔相连接。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述装置还包括射频传输线路，所述射频传输线路设置于所述第一层导电层，其中，所述多个发射单元和所述多个接收单元通过所述射频传输线路与对应的所述信号通孔连接。

6.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置还包括多个波导接口，所述多个波导接口设置于所述第四层导电层，所述多个波导接口用于连接所述表面波波导和所述收发天线。

7.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第二层导电层和所述第三层导电层中设有信号屏蔽环，所述信号屏蔽环设在所述信号通孔的外围。

8.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置还包括用于布置电线的多个金属化半孔，所述多个金属化半孔设置在所述叠层结构的外围并依次相邻排列。

9.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置还包括多个孔塞，所述多个孔塞用于堵住所述多个金属化通孔和所述信号通孔的孔洞。

10.如权利要求1所述的装置，所述第一层介质和所述第三层介质的厚度及材质均相同，所述第二层介质的硬度大于所述第一层介质或所述第三层介质的硬度。

11.一种雷达装置，所述雷达装置包括：

收发天线和雷达基带，以及如权利要求1至10中任一项所述的雷达收发装置。

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