CN116073118A - 一种双向毫米波雷达天线 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例涉及天线技术领域，提供了一种双向毫米波雷达天线，包括介质板以及分别设置在所述介质板两侧的天线单元；所述天线单元包括波导腔体，以及设置在所述波导腔体上的波导上盖；所述波导腔体上设置有多个方形口，所述波导上盖设置有多个缝隙，所述介质板两侧设置有多条共面波导微带线，所述共面波导微带线连接方形口，方形口另一侧连接所述缝隙。在实际应用过程中，双向毫米波雷达天线的天线单元采用了波导缝隙阵列设置，能够实现77GHz‑81GHz的宽带覆盖，77GHz和79GHz检测雷达频段均包含在内，实现了高精度的辐射检测，雷达天线兼容性强，频道覆盖角度广；同时，双向毫米波雷达天线的天线单元通过双面的设置实现了双向辐射，实现了360°的辐射覆盖范围。

Description

一种双向毫米波雷达天线
技术领域
本申请实施例涉及天线技术领域，特别涉及一种双向毫米波雷达天线。
背景技术
雷达天线是雷达系统中不可或缺的重要元件之一，是传播和接收电磁波并决定雷达探测方向的设备，因此雷达天线可以广泛定地应用在以定向性为主的安防监控或探测领域内。
常见的雷达天线为微带天线，微带天线采用印制线路板作为基板，将基板的一面附上金属薄层作为接地板、另一面用光刻腐蚀等方法做出一定形状的金属贴片，利用微带线、同轴探针和电耦合谐振对贴片馈电就实现了微波的传送和接收；由于微带天线结构存在局限，信号传播在高频段的损耗大，相对带宽窄，所以只能够在24GHz和34.5GHz的频段工作，检测的目标也多为人形目标和车辆，不能对小型物体实现高精度的检测，同时微带天线只能进行单向辐射，对于后方向的辐射覆盖，因为结构原因没有涉及，存在着一定的扫描盲区。
综上所述，有必要针对目前传统的雷达天线所存在的问题提供一种双向毫米波雷达天线，以解决覆盖频段低、带宽窄、损耗大、检测精度低和覆盖角度小的问题。
发明内容
为了解决目前传统的雷达天线覆盖频段低、带宽窄、损耗大、检测精度低和覆盖角度小的问题，本申请实施例提供一种双向毫米波雷达天线。
所述一种双向毫米波雷达天线，包括介质板以及分别设置在所述介质板两侧的天线单元；
所述天线单元包括波导腔体，以及设置在所述波导腔体上的波导上盖；
所述波导腔体上设置有多个方形口，所述波导上盖设置有多个缝隙，所述介质板两侧设置有多条共面波导微带线，所述共面波导微带线连接所述方形口，所述方形口另一侧连接所述缝隙。
进一步的，所述介质板包括厚介质板，所述厚介质板每侧至少设置有一层薄介质板。
进一步的，所述厚介质板两侧的所述薄介质板数量相同。
进一步的，所述厚介质板为雷达芯片模组电路板。
进一步的，所述波导腔体和所述波导上盖为表面采用金属电镀的塑料材质。
进一步的，所述缝隙呈纵向等间距排列布局，纵向间距为0.5个波长。
进一步的，所述缝隙数量大于等于10个。
进一步的，所述波导腔体设置有凸台，所述波导上盖设置有凹槽，所述凸台连接至所述凹槽。
进一步的，所述波导腔体的两侧还设置有的多个长方形槽和多个方形槽。
进一步的，所述天线单元为多边形或圆形。
由以上技术方案可知，本申请提供的一种双向毫米波雷达天线，包括介质板以及分别设置在所述介质板两侧的天线单元；所述天线单元包括波导腔体，以及设置在所述波导腔体上的波导上盖；所述波导腔体上设置有多个方形口，所述波导上盖设置有多个缝隙，所述介质板两侧设置有多条共面波导微带线，所述共面波导微带线连接所述方形口，所述方形口另一侧连接所述缝隙。
在实际应用过程中，所述双向毫米波雷达天线的天线单元采用了波导缝隙阵列设置，能够实现77GHz-81GHz的宽带覆盖，77GHz和79GHz检测雷达频段均包含在内，实现了高精度的辐射检测，雷达天线兼容性强，频道覆盖角度广；同时，所述双向毫米波雷达天线的天线单元通过双面的设置实现了双向辐射，实现了360°的辐射覆盖范围。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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为本申请一种双向毫米波雷达天线的实施例示意图；
图2为本申请一种双向毫米波雷达天线的爆炸结构示意图；
图3为本申请一种双向毫米波雷达天线的双向辐射仿真效果图；
图4为本申请一种双向毫米波雷达天线的介质板示意图；
图5为本申请一种双向毫米波雷达天线的介质板结构示意图；
图6为本申请一种双向毫米波雷达天线的波导上盖一面的结构示意图；
图7为本申请一种双向毫米波雷达天线的波导上盖另一面的结构示意图；
图8为本申请一种双向毫米波雷达天线的波导腔体一面的结构示意图；
图9为本申请一种双向毫米波雷达天线的波导腔体另一面的结构示意图；
图10为本申请一种双向毫米波雷达天线的77GHz的仿真方向图；
图11为本申请一种双向毫米波雷达天线的79GHz的仿真方向图；
图12为本申请一种双向毫米波雷达天线的S参数结果图。
图中：
1-介质板，11-厚介质板，12-薄介质板，2-天线单元，21-波导上盖，211-方形口，212-凸台，213-长方形槽，214-方形槽，22-波导腔体，221-缝隙，222-凹槽。
具体实施方式
为了解决现有技术中雷达天线覆盖频段低、带宽窄、损耗大、检测精度低和覆盖角度小的问题，本申请实施例提供一种双向毫米波雷达天线。
参见图1，为本申请一种双向毫米波雷达天线的实施例示意图，参见图2，为本申请一种双向毫米波雷达天线的爆炸结构示意图；所述一种双向毫米波雷达天线，包括：介质板1以及分别设置在所述介质板1两侧的天线单元2；所述天线单元2包括波导腔体21，以及设置在所述波导腔体21上的波导上盖22；所述波导腔体21上设置有多个方形口211，所述波导上盖22设置有多个缝隙221，所述介质板1两侧设置有多条共面波导微带线3，所述共面波导微带线3连接所述方形口211，所述方形口211另一侧连接所述缝隙221。
具体的，在本申请实施例中，所述天线单元2设置在所述介质板1的外侧且对应于所述介质板1上的所述共面波导微带线3，所述共面波导微带线3用于传播雷达天线信号，通过所述天线单元2向外传播雷达信号；天线部分包括了所述天线单元2，所述天线单元2采用了波导缝隙阵列设置，能够实现77GHz-81GHz的宽带覆盖，77GHz和79GHz检测雷达频段均包含在内，实现了高精度的辐射检测，雷达天线兼容性强，频道覆盖角度广；所述天线单元2通过双面的设置实现了双向辐射，参见图3，为本申请一种双向毫米波雷达天线的双向辐射仿真效果图，由于两个所述天线单元2厚度小、结构近似称，并且设置在雷达天线体的两侧，因而可形成双向雷达天线的传播；同时所述天线单元2设置在雷达天线体的周围，且净空较大，使得本雷达天线体在较小的厚度中，就能够实现单向微带天线无法比拟的带宽频道；而且，通过扁平化设计的所述天线单元2的设置，能使得空间能够复用，使其容易组成结构紧凑的平面双向传播雷达天线阵列。
图4为本申请一种双向毫米波雷达天线的介质板示意图。
在本申请的部分实施例中，所述介质板1在实际工作中需要对两侧的方向，传输不同强度的天线信号，通过改变其所述介质板1两侧的所述薄介质板12的数量，以此来设置所需的辐射信号单元，控制辐射的强度大小，提高了其辐射强度调整的灵活性；在本实施例中，所述介质板1由两块相同的所述薄介质板12和一块所述厚介质板11组成，所述薄介质板12具体型号为ROGERS RO3003,厚度为0.127mm,所述厚介质板11具体型号为FR4，厚度为1.5mm；所述介质板1正反两面的所述薄介质板12为镜相设置并且相同，每一面都设置有4条馈电线路，每条馈电线路末端都设置有一个所述共面波导微带线3，在实际应用中，馈电线路的走线和所述共面波导微带线3设置位置不唯一，可根据实际需求或设计，进行分布设置。
图5为本申请一种双向毫米波雷达天线的介质板结构示意图。
在本申请的部分实施例中，为了能够灵活得适应于某些特殊场景，所述厚介质板11两侧的所述薄介质板12设置数量不同，实际按照工作所需，设置两侧不同数量的所述薄介质板12，用以调整两侧雷达天线的辐射强度，以适应在不同工作场景下所需的辐射强度。在本实施例中，所述厚介质板11两侧的所述薄介质板12设置数量相同，所设置相同数量的所述薄介质板12保证了所述介质板1所传播的信号强度相同且均匀。
优选的，所述厚介质板11为雷达芯片模组电路板，在本实施例中所述厚介质板11的作用主要是结构支撑，在实际应用中，为了能够使得雷达天线布局更紧凑集成，可以将雷达芯片模组电路板置于所述厚介质板1的位置予以替代，因此正反馈电线路的的走线可以配合芯片的PIN针接口相应的布置，实现灵活布局，结构紧凑。
图6为本申请一种双向毫米波雷达天线的波导上盖一面的结构示意图。
进一步的，所述缝隙221呈纵向等间距排列布局，纵向间距为0.5个波长。
在本申请的部分实施例中，所述波导上盖22的正面开有四列所述缝隙221，每列所述缝隙221数量为10个，所述缝隙221在横向上形成偏移阵列的中心线，每个所述缝隙221的横向偏移的距离不相同，存在微小差异，按最终雷达天线的优化尺寸获得。在本实施例中，所述缝隙221阵列在纵向排布上，呈等间距排列，纵向间距在0.5个波长左右；在其他实施例中，所述缝隙221之间的间隙设置为0.1个波长，实际测试带宽缩小；间隙影响天线的带宽，间隙越大，带宽越宽；所述缝隙221的大小按照实际工作所需的工作频段的中心频点设计。
进一步的，在本申请的部分实施例中，所述波导腔体21和所述波导上盖22为表面采用金属电镀的塑料材质；在实际生产过程中，所述波导腔体21和所述波导上盖22进行注塑工艺，一体成型出两个部件，且同时将金属通过电镀的工艺设置在所述波导腔体21和所述波导上盖22外表，之后将所述波导上盖22设置所述波导腔体21上，通过螺丝等固定方式固定所述波导腔体21和所述波导上盖22。在其他实施例中，所述波导腔体21通过金属材质制成，重量大且生产成本高，不易大规模生产；而本实施例中所述天线单元2生产所需零部件少，结构简单，组装方便，无需焊接，易于自动化且生成成本低，适于大规模高效生产。
图7为本申请一种双向毫米波雷达天线的波导上盖另一面的结构示意图。
图8为本申请一种双向毫米波雷达天线的波导腔体一面的结构示意图。
如图7和图8所示，所述波导腔体21设置有凸台212，所述波导上盖22设置有凹槽222，所述凸台212连接至所述凹槽222。在本实施例中，所述波导上盖22的一侧设置值有所述凹槽222，所述缝隙221阵列采用下沉设计并设置在所述凹槽222内，是为了使得四路所述缝隙221阵列更好的隔离开，使得电磁波在各自腔体所述凹槽222内，获得更好的隔离性能，而在所述波导腔体21与所述所述波导上盖22接触面设计有所述凸台212，适配所述波导上盖22的所述凹槽222，这是为了能够更好的将所述波导腔体21和所述波导上盖22装配对接。
图9为本申请一种双向毫米波雷达天线的波导腔体另一面的结构示意图；
如图9所示，所述波导腔体21的两侧还设置有的多个长方形槽213和多个方形槽214，为了减重设计，腔体正面有不贯穿的所述长方形槽213，背面有不贯穿的所述方形槽214，既满足了所述波导腔体21足够的结构强度，也能够减轻了质量。
进一步的，所述天线单元2为多边形或圆形。为了能够满足实际工作状况下对所述天线单元2的结构限定，所述天线单元2可以设置为多边形或圆形，在本申请的一种实施例中，两个所述天线单元2的形状相同且可以为正方形、长方形、梯形、三角形和圆形等。
综上所述，本申请实施例的双向毫米波雷达天线，不仅能够实现双向辐射，而且为平面结构，且具有体积小、结构简单、频带宽、易组成平面阵列等的优点。
为使本领域人员更清楚的了解本申请，下面结合本申请的一个具体示例来做进一步说明。
如图10所示，本申请一种双向毫米波雷达天线的77GHz的仿真方向图，当通过上述的双向毫米波雷达天线传输77GHz频段的讯号时，所述天线单元2的增益系数均大于11dB，两个所述天线单元2之间的互耦小于0.75dB。其中，反射系数为反射波与入射波的比值，反射波越小，天线辐射的能量就越多；互耦是天线之间的互相耦合程度，互耦越小，信号稳定性越高。以77GHz雷达天线方向图为例进行说明。由于天线结构对称，所以此处只给出双向毫米波雷达天线的77GHz的仰面方向图。
图11所示，本申请一种双向毫米波雷达天线的79GHz的仿真方向图，天线单元2主要激发出方向的电磁场，向正反两个方向传播雷达信号，其中，所述天线单元2的增益系数均大于11dB，正向最高增益与反向最高增益的差别在0.1dB内，能够实现79GHz的频段，同时所述天线单元2激发出方向的电磁场，向正反两个方向传播，这样两个天线单元在平面形成双向辐射，即实现双向辐射的功能。
综上所述，根据本申请实施例的一种双向毫米波雷达天线，由于两个所述天线单元2的厚度比较小，且结构近似对称，向正反两个方向传播电磁辐射，因而可形成双向辐射，同时两个所述天线单元2及馈电匹配电路垂直放置，因而可形成两个方向的辐射，从而实现天线的双向辐射的功能，而且该天线为紧凑结构，同时具有体积小、结构简单、频带宽、易组成平面阵列等的优点。
图12为本申请一种双向毫米波雷达天线的S参数结果图，参数图显示了76.5GHz-81.5GHz的频道内S11＜-10dB，说明了本申请的双向毫米波雷达天线良好工作，同时覆盖了77GHz和79GHz的两个主要雷达频段，可以对于小型物体进行高精度的检测。
由以上技术方案可知，本申请实施例提供的一种双向毫米波雷达天线，包括：介质板1以及分别设置在所述介质板1两侧的天线单元2。所述天线单元2包括波导腔体21，以及设置在所述波导腔体21上的波导上盖22。所述波导腔体21上设置有多个方形口211，所述波导上盖22设置有多个缝隙221，所述介质板1两侧设置有多条共面波导微带线3，所述共面波导微带线3连接所述方形口211，所述方形口211另一侧连接所述缝隙221。
在实际应用过程中，本双向毫米波雷达天线的所述天线单元2采用了波导缝隙阵列设置，能够实现77GHz-81GHz的宽带覆盖，77GHz和79GHz检测雷达频段均包含在内实现了高精度的辐射检测，雷达天线兼容性强，频道覆盖角度广；同时，本雷达天线的天线单元通过双面的设置实现了双向辐射，实现了360°的辐射覆盖范围。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。

Claims (10)

1.一种双向毫米波雷达天线，其特征在于，包括介质板(1)以及分别设置在所述介质板(1)两侧的天线单元(2)；
所述天线单元(2)包括波导腔体(21)，以及设置在所述波导腔体(21)上的波导上盖(22)；所述波导腔体(21)上还设置有多个方形口(211)，所述波导上盖(22)设置有多个缝隙(221)；
所述介质板(1)两侧还设置有多条共面波导微带线(3)，所述共面波导微带线(3)连接所述方形口(211)，所述方形口(211)另一侧连接所述缝隙(221)。
2.根据权利要求1所述的一种双向毫米波雷达天线，其特征在于，所述介质板(1)包括厚介质板(11)，所述厚介质板(11)每侧至少设置有一层薄介质板(12)。
3.根据权利要求2所述的一种双向毫米波雷达天线，其特征在于，所述厚介质板(11)两侧的所述薄介质板(12)数量相同。
4.根据权利要求2所述的一种双向毫米波雷达天线，其特征在于，所述厚介质板(11)为雷达芯片模组电路板。
5.根据权利要求1所述的一种双向毫米波雷达天线，其特征在于，所述波导腔体(21)和所述波导上盖(22)为表面采用金属电镀的塑料材质。
6.根据权利要求1所述的一种双向毫米波雷达天线，其特征在于，所述缝隙(221)呈纵向等间距排列布局，纵向间距为0.5个波长。
7.根据权利要求1所述的一种双向毫米波雷达天线，其特征在于，所述缝隙(221)数量大于等于10个。
8.根据权利要求1所述的一种双向毫米波雷达天线，其特征在于，所述波导腔体(21)设置有凸台(212)，所述波导上盖(22)设置有凹槽(222)，所述凸台(212)连接至所述凹槽(222)。
9.根据权利要求1所述的一种双向毫米波雷达天线，其特征在于，所述波导腔体(21)的两侧还设置有的多个长方形槽(213)和多个方形槽(214)。
10.根据权利要求1所述的一种双向毫米波雷达天线，其特征在于，所述天线单元(2)为多边形或圆形。
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