CN116632545A - 基于电桥的圆极化微带天线、天线测试设备及微波雷达测试系统 - Google Patents

基于电桥的圆极化微带天线、天线测试设备及微波雷达测试系统 Download PDF

Info

Publication number
CN116632545A
CN116632545A CN202310359508.XA CN202310359508A CN116632545A CN 116632545 A CN116632545 A CN 116632545A CN 202310359508 A CN202310359508 A CN 202310359508A CN 116632545 A CN116632545 A CN 116632545A
Authority
CN
China
Prior art keywords
antenna
microstrip line
port
microstrip
bridge
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202310359508.XA
Other languages
English (en)
Inventor
林水洋
何德宽
俞建海
林铮
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ningbo Air Touch Intelligent Technology Co ltd
Original Assignee
Ningbo Air Touch Intelligent Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ningbo Air Touch Intelligent Technology Co ltd filed Critical Ningbo Air Touch Intelligent Technology Co ltd
Priority to CN202310359508.XA priority Critical patent/CN116632545A/zh
Publication of CN116632545A publication Critical patent/CN116632545A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/08—Radiating ends of two-conductor microwave transmission lines, e.g. of coaxial lines, of microstrip lines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/50—Structural association of antennas with earthing switches, lead-in devices or lightning protectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/24—Polarising devices; Polarisation filters 
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

本发明提供一种基于电桥的圆极化微带天线、天线测试设备及微波雷达测试系统，利用第一过孔馈电点以及第二过孔馈电点以金属过孔的形式将所述微带天线与所述馈电网络的电桥连接，通过产生一对极化方向正交以及相位相差90度的射频信号实现对电磁波信号进行接收或对圆极化电磁波信号进行发射。使用本发明的圆极化微带天线测试微波雷达产品时，测试结果不再会因极化损失而失真，每次测试结果也不会因极化损失程度不一样而不一致，进而解决因测试设备和微波雷达产品天线极化方向不一致而导致的测试雷达性能失真和数据差异大的问题。

Description

基于电桥的圆极化微带天线、天线测试设备及微波雷达测试 系统
技术领域
本发明涉及微波雷达领域，特别是涉及一种基于电桥的圆极化微带天线、天线测试设备及微波雷达测试系统。
背景技术
随着雷达技术军用转民用的逐步深化，微波雷达作为一种传感器，由于可以隐秘安装且不受温度、气流、尘埃及烟雾等影响，具有寿命长、反应速度快、灵敏度更高、感应区域广等优点，逐渐代替了红外、声控等传感技术被广泛应用于多领域消费电子产品中，包括节能照明、安防、智能家电等等，在这些微波雷达产品的研发调试和生产测试过程中，微波雷达的性能检测是一个非常重要的环节。目前民用微波雷达产品，为了适应各种应用场景方便安装，追求小型化设计，大部分微波雷达产品天线使用线极化设计，再利用收发天线极化方向垂直交叉的方式提高收发隔离度。根据电磁波传输理论，对于线极化天线发出的微波信号，当接收天线极化方向与发出信号线性化方向(电场方向)一致时，接收天线感应出的信号最大(电磁波在接收天线极化方向上投影最大)，随着接收天线极化方向和发出信号线性极化(电场方向)偏离越来越多时，接收天线感应出的信号越来越小。
因此，在微波雷达产品雷达性能的研发调试和生产测试过程中，需要注意微波雷达产品的天线极化方向，否则由于天线极化方向不一致，测试的雷达性能会不真实，且每次测试到的数据差异非常大。要想测试到雷达的真实性能，这对测试人员的要求非常高，既要了解微波雷达产品的天线极化方式，又需要了解微波雷达测试设备的天线极化方式，每次测试还要调整微波雷达产品和测试设备天线极化方向到基本一致。
对于目前的节能照明、安防、智能家电等产品，微波雷达传感器的测试设备，大部分采用外置线极化喇叭天线，使用时需要根据微波雷达产品天线极化方向调整测试设备喇叭天线极化方向和位置。微波雷达产品测试设备使用外置喇叭天线的缺点主要有：
一、测试设备需要额外配置一对射频同轴线和喇叭天线，增加测试成本。
二、微波雷达产品测试中，收发天线的距离要大于满足辐射远场的要求，由于喇叭天线有一定长度的原因(一般10～30cm不等)，测试屏蔽环境空间要求变大，屏蔽环境成本增加。
三、测试人员既要了解微波雷达产品天线的极化方向，也要了解测试设备喇叭天线的极化方向，每次测试还需要调整保证收发天线极化方向以及位置要基本一致，否则微波雷达产品性能测试结果会因极化损失而不真实，每次测试结果也会因极化损失程度不一样而不一致。
四、微波雷达产品生产测试过程中，多个微波雷达产品同时测试性能时，由于多个微波雷达产品位置不同与喇叭天线之间收发信号会产生极化偏差，会导致生产测试结果一致性差。
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基于电桥的圆极化微带天线、天线测试设备及微波雷达测试系统，用于解决现有技术中以上技术问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于电桥的圆极化微带天线，包括：微带天线、设有电桥的馈电网络以及第一过孔馈电点以及第二过孔馈电点；其中，所述微带天线设于天线面；所述馈电网络设于位于所述天线面背面的馈电网络面；所述第一过孔馈电点以及第二过孔馈电点到所述微带天线的几何中心的距离相等且两过孔馈电点到微带天线的几何中心的连线彼此正交；所述第一过孔馈电点以及第二过孔馈电点以金属过孔的形式将所述微带天线与所述馈电网络的电桥连接，以供通过产生一对极化方向正交以及相位相差90度的射频信号实现对电磁波信号进行接收或对圆极化电磁波信号进行发射。
于本发明的一实施例中，所述电桥包括：第一端口、第二端口、第三端口以及第四端口；其中，所述第二端口外接电阻接地；所述第三端口以及第四端口通过两条长度相同且均采用设定阻抗的微带线走线分别与所述第一过孔馈电点以及第二过孔馈电点连接；
所述电桥用于通过第三端口以及第四端口将通过采用设定阻抗的微带走线输入至第一端口的发射信号生成的一对相位相差90度且信号强度相同的射频信号分别输入到所述第一过孔馈电点以及第二过孔馈电点获得一对极化方向正交、相位相差90度且信号强度相同的射频信号，以供所述微带天线生成对应的圆极化电磁波信号并进行发射；
或者，通过第三端口以及第四端口从所述第一过孔馈电点以及第二过孔馈电点接收的由微带天线接收的电磁波信号产生的一对极化方向正交的接收信号，并通过第一端口输出由一对极化方向正交、相位相差90度的射频信号合成的接收信号。
于本发明的一实施例中，所述第一端口以及第四端口通过依次串联的第一微带线、第二微带线以及第三微带线连接；所述第二端口以及第三端口通过依次串联的第四微带线、第五微带线以及第六微带线连接；所述第一微带线与第二微带线的连接处以及第四微带线与第五微带线的连接处之间连接有第七微带线；所述第二微带线与第三微带线的连接处以及第五微带线与第六微带线的连接处之间连接有第八微带线；其中，所述第一微带线、第三微带线、第四微带线以及第六微带线采用第一长度以及第一阻抗的微带线走线；所述第二微带线以及第五微带线采用第二长度以及第二阻抗的微带线走线；所述第七微带线以及第八微带线采用第二长度以及第一阻抗的微带线走线。
于本发明的一实施例中，由第一微带线、第二微带线以及第三微带线构成第一端口至第四端口的第四端口传输路径；通过由第一微带线、第七微带线、第五微带线以及第六微带线构成的第一传输路径以及由第一微带线、第二微带线、第八微带线以及第六微带线构成的第二传输路径共同构成第一端口至第三端口的第三端口传输路径；其中，第一传输路径以及第二传输路径的路径长度相同，且分别与第四端口传输路径的路径长度差值为四分之一微带线走线波长，以供第三端口以及第四端口输出一对相位相差90度且信号强度相等的射频信号或由第一端口输出由一对相位相差90度的射频信号合成的接收信号。
于本发明的一实施例中，所述第一阻抗与设定阻抗相同。
于本发明的一实施例中，所述第一阻抗为50ohm；第二阻抗为第二长度为微带线走线波长λg的四分之一长度。
于本发明的一实施例中，所述外接电阻的阻值为50ohm。
于本发明的一实施例中，所述天线面位于PCB板的正面，所述馈电网络面位于PCB板的背面；所述PCB板为多层结构，包括：设置有微带天线的天线层、设置有馈电网络的馈电网络层以及设于所述天线层与馈电网络层之间的接地层。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种圆极化天线测试设备，设备包括：采用所述的基于电桥的圆极化微带天线的发射天线和/或接收天线。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种微波雷达测试系统，所述系统包括：一或多个待测雷达传感器，分别安装在固定工装的工装平面上；圆极化天线测试设备，在沿工装平面的法向方向上安装，包括：分别采用所述的基于电桥的圆极化微带天线的接收天线以及发射天线；其中，所述圆极化天线测试设备依次将由所述接收天线接收的由各待测雷达传感器发射的电磁波信号分别转换为一对极化方向正交、相位相差90度的射频信号，并将对应生成的圆极化电磁波信号由所述发射天线发送给对应的雷达传感器接收。
如上所述，本发明是一种基于电桥的圆极化微带天线、天线测试设备及微波雷达测试系统，具有以下有益效果：本发明提供一种集成有微带天线、设有电桥的馈电网络以及第一过孔馈电点以及第二过孔馈电点的圆极化微带天线，该天线利用第一过孔馈电点以及第二过孔馈电点以金属过孔的形式将所述微带天线与所述馈电网络的电桥连接，通过产生一对极化方向正交以及相位相差90度的射频信号实现对电磁波信号进行接收或对圆极化电磁波信号进行发射。使用本发明的圆极化微带天线测试微波雷达产品时，测试结果不再会因极化损失而失真，每次测试结果也不会因极化损失程度不一样而不一致，进而解决因测试设备和微波雷达产品天线极化方向不一致而导致的测试雷达性能失真和数据差异大的问题。
附图说明
图1显示为本发明一实施例中的基于电桥的圆极化微带天线的结构示意图。
图2显示为本发明一实施例中的电桥的结构示意图。
图3显示为本发明一实施例中的电桥的结构示意图。
图4显示为本发明一实施例中的第四端口传输路径示意图。
图5a显示为本发明一实施例中的第三端口传输路径的第一传输路径示意图。
图5b显示为本发明一实施例中的第三端口传输路径的第二传输路径示意图。
图6显示为本发明一实施例中的基于电桥的圆极化微带天线的结构示意图。
图7显示为本发明一实施例中的圆极化天线在各主要方向角的轴比指标示意图。
图8显示为本发明一实施例中的圆极化天线测试设备的结构示意图。
图9显示为本发明一实施例中的微波雷达测试系统的应用测试环境示意图。
图10显示为本发明一实施例中的雷达传感器安装示意图。
图11显示为本发明一实施例中的圆极化电磁波极化分解示意图。
图12显示为本发明一实施例中的微波雷达测试系统的应用测试环境示意图。
图13显示为本发明一实施例中的雷达传感器安装示意图。
图14显示为本发明一实施例中的雷达传感器极化偏转示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员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与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，在下述描述中，参考附图，附图描述了本发明的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本发明的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本发明的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本发明。空间相关的术语，例如“上”、“下”、“左”、“右”、“下面”、“下方”、““下部”、“上方”、“上部”等，可在文中使用以便于说明图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。
在通篇说明书中，当说某部分与另一部分“连接”时，这不仅包括“直接连接”的情形，也包括在其中间把其它元件置于其间而“间接连接”的情形。另外，当说某种部分“包括”某种构成要素时，只要没有特别相反的记载，则并非将其它构成要素，排除在外，而是意味着可以还包括其它构成要素。
其中提到的第一、第二及第三等术语是为了说明多样的部分、成分、区域、层及/或段而使用的，但并非限定于此。这些术语只用于把某部分、成分、区域、层或段区别于其它部分、成分、区域、层或段。因此，以下叙述的第一部分、成分、区域、层或段在不超出本发明范围的范围内，可以言及到第二部分、成分、区域、层或段。
再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。
本发明提供一种基于电桥的圆极化微带天线、天线测试设备及微波雷达测试系统，该圆极化微带天线利用第一过孔馈电点以及第二过孔馈电点以金属过孔的形式将所述微带天线与所述馈电网络的电桥连接，通过产生一对极化方向正交以及相位相差90度的射频信号实现对电磁波信号进行接收或对圆极化电磁波信号进行发射。使用本发明的圆极化微带天线测试微波雷达产品时，测试结果不再会因极化损失而失真，每次测试结果也不会因极化损失程度不一样而不一致，进而解决因测试设备和微波雷达产品天线极化方向不一致而导致的测试雷达性能失真和数据差异大的问题。
下面以附图为参考，针对本发明的实施例进行详细说明，以便本发明所述技术领域的技术人员能够容易地实施。本发明可以以多种不同形态体现，并不限于此处说明的实施例。
如图1展示本发明实施例中的一种基于电桥的圆极化微带天线的结构示意图。
所述结构包括：
设于天线面00的微带天线1、设于位于所述天线面00背面的馈电网络面01的馈电网络、在天线面00以及馈电网络面01之间穿孔的第一过孔馈电点3以及第二过孔馈电点4；
所述微带天线1采用正多边形的微带贴片结构且具有一个几何中心，所述正多边形可以为等边三角形、正方形、正五边形、正六边形、正八边形等等正多边形或圆形；图中仅以正方形为例。
所述第一过孔馈电点3以及第二过孔馈电点4到所述微带天线1的几何中心的距离相等且两过孔馈电点到微带天线1几何中心的连线彼此正交；两个过孔馈电点的隔离度符合要求，两点间的信号不会彼此串扰，造成彼此相位关系紊乱。
所述馈电网络设有电桥21；所述第一过孔馈电点3以及第二过孔馈电点4以金属过孔的形式将所述微带天线1与所述馈电网络的电桥21连接；本方案中可以采用是分支线电桥，还可以采用其他形式的电桥，比如兰格线、正交耦合型、集成式电桥等；另外，馈电方式可以采用过孔背馈，还可以采用微带线侧馈、耦合等方式。
本发明的微带天线1与馈电网络相连接与结合，可以实现产生一对极化方向正交、相位相差90度的射频信号；
进一步的，本发明中的圆极化微带天线可以实现以下两种天线功能：
当该圆极化微带天线作为发射天线时，需发射的发射信号通过馈电网络的电桥21产生一对信号幅度值相同以及相位相差90度的射频信号，再输入至第一过孔馈电点3以及第二过孔馈电点4令两路射频信号的极化方向正交，并将一对极化方向正交、相位相差90度且信号强度相同的射频信号发送至微带天线1合成圆极化电磁波信号并发射，以实现对圆极化电磁波信号进行发射。
当该圆极化微带天线作为接收天线时，若所述微带天线1接收电磁波信号是圆极化电磁波，并通过第一过孔馈电点3以及第二过孔馈电点4将基于该电磁波生成的一对极化方向正交的接收信号发送至所述馈电网络的电桥21，电桥21生成一对极化方向正交、相位相差90度且信号强度相同的射频信号，并将信号合成发送至后续处理部件，以实现对电磁波信号进行接收。
若所述微带天线1接收电磁波信号是线极化电磁波，并通过第一过孔馈电点3以及第二过孔馈电点4将基于该电磁波生成的一对极化方向正交的接收信号发送至所述馈电网络的电桥21，两个馈点接收到的两路信号幅度取决于线极化在圆极化天线两路极化方向的投影，两路信号幅度系数分别为极化夹角的余弦和正弦，那么最终两路信号合路后模值保持不变，即极化夹角不影响最终接收幅度，该圆极化微带天线可以接收任意方向的线极化电磁波信号；电桥21生成一对极化方向正交、相位相差90度的射频信号，并将信号合成发送至后续处理部件，以实现对电磁波信号进行接收。
在一实施例中，如图1所示，所述电桥包括：第一端口211、第二端口212、第三端口213以及第四端口214；
其中，所述第二端口212外接电阻22接地；所述第三端口213以及第四端口214通过两条长度相同且均采用设定阻抗的微带线走线分别与所述第一过孔馈电点3以及第二过孔馈电点4连接；
所述电桥21用于通过第三端口213以及第四端口214将通过采用设定阻抗的微带走线输入至第一端口211的发射信号生成的一对相位相差90度且信号强度相同的射频信号分别输入到所述第一过孔馈电点3以及第二过孔馈电点4获得一对极化方向正交、相位相差90度且信号强度相同的射频信号，以供所述微带天线1生成对应的圆极化电磁波信号并进行发射；
或者，通过第三端口213以及第四端口214从所述第一过孔馈电点3以及第二过孔馈电点4接收的由微带天线1接收的电磁波信号产生的一对极化方向正交的接收信号，并通过第一端口211输出由一对极化方向正交、相位相差90度的射频信号合成的接收信号。
在一实施例中，如图2所示，所述第一端口211以及第四端口214通过依次串联的第一微带线、第二微带线以及第三微带线连接；所述第二端口212以及第三端口213通过依次串联的第四微带线、第五微带线以及第六微带线连接；所述第一微带线与第二微带线的连接处A以及第四微带线与第五微带线的连接处B之间连接有第七微带线；所述第二微带线与第三微带线的连接处D以及第五微带线与第六微带线的连接处C之间连接有第八微带线；
其中，所述第一微带线、第三微带线、第四微带线以及第六微带线采用第一长度以及第一阻抗的微带线走线；所述第二微带线以及第五微带线采用第二长度以及第二阻抗的微带线走线；所述第七微带线以及第八微带线采用第二长度以及第一阻抗的微带线走线。
电桥内部对于发射天线，通过适当的阻抗转换实现输入信号功率无损耗的平均分给输出两路端口213以及214，实现输出两端口信号幅度相等；同时通过适当的走线长度实现输入信号到输出两端口两路信号相位相差90°。
电桥内部对于接收天线，通过适当的走线长度实现输入信号从两路端口213以及214到输出端口211之间的信号相位相差90°，再由端口211输出合成信号。
在一实施例中，由第一微带线、第二微带线以及第三微带线构成第一端口211至第四端口214的第四端口传输路径；具体的，若为信号发射流程，则发射信号由第一端口211依次经过第一微带线、第二微带线以及第三微带线传输至第四端口214，由第四端口214输出第一路输出信号；若为信号接收流程，则接收信号由第四端口214依次经过第三微带线、第二微带线以及第一微带线传输至第一端口211，与对应第三端口213传输的另一路信号合成后输出。
通过由第一微带线、第七微带线、第五微带线以及第六微带线构成的第一传输路径以及由第一微带线、第二微带线、第八微带线以及第六微带线构成的第二传输路径共同构成第一端口至第三端口的第三端口传输路径；具体的，第一端口211与第三端口213之间的传输为两条；若为信号发射流程，发射信号分为两路传输，一路是发射信号由第一端口211依次经过第一微带线、第七微带线、第五微带线以及第六微带线传输至第三端口213；另一路是由第一端口211依次经过第一微带线、第二微带线、第八微带线以及第六微带线传输至第三端口213；若为信号接收流程，接收信号分为两路传输，一路是接收信号由第三端口213依次经过第六微带线、第五微带线、第七微带线以及第一微带线传输至第一端口211；另一路是接收信号由第三端口213依次经过第六微带线、第八微带线、第二微带线以及第一微带线传输至第一端口211；在第一端口211将该两路信号合成的信号与对应第四端口214传输的另一路信号合成后输出。
其中，第一传输路径以及第二传输路径的路径长度相同，且分别与第四端口传输路径的路径长度差值为四分之一微带线走线波长，以供第三端口213以及第四端口214输出一对相位相差90度且信号强度相等的射频信号或由第一端口211输出由一对相位相差90度的射频信号合成的接收信号。
需要说明的是，所述天线面位于PCB板的正面，所述馈电网络面位于PCB板的背面；其中，λg为电磁波在PCB中的微带线走线波长，λ为电磁波真空中波长，ε为PCB介质介电常数。
在一实施例中，所述第一阻抗与设定阻抗相同。
在一优选的实施例中，所述第一阻抗与设定阻抗以及所述外接电阻的阻值均为50ohm。
在一实施例中，如图3所示，所述第一阻抗为50ohm；第二阻抗为第二长度为微带线走线波长λg的四分之一长度。
以发射电磁波信号为例，假设输入端口1的信号为A0为输入信号幅度，ω0/2π为输入信号频率，/>为输入信号初始相位。
如图4，对于第四端口传输路径的信号传输，信号经过AD路径信号从端口1传输到端口4，经过了1/4波长周期，则端口4的信号为
如图5，对于第三端口传输路径的信号传输，传输到端口3的信号有两个路径，分别为第一传输路径AD+DC和第二传输路径AB+BC，这两个路径长度都为1/2波长周期，则端口3的信号为
因此可以看出端口4和端口3的信号强度相等，相位严格相差90°，再经过等长的微带走线，分别传输到天线的过孔馈点1和过孔馈点2，满足构成圆极化微带天线的要求。
在一实施例中，所述天线面位于PCB板的正面，所述馈电网络面位于PCB板的背面；所述PCB板为多层结构，包括：设置有微带天线的天线层、设置有馈电网络的馈电网络层以及设于所述天线层与馈电网络层之间的接地层，以作为天线和馈电网络的共同参考地。该层参考地隔绝了馈电网络的传输线辐射，使其不会影响到天线辐射、造成天线辐射极化的畸变。
在一具体实施例中，所述接地层铺设有一整块铜箔，以作为天线和馈网网络的共同参考地。
为了更好的说明上述基于电桥的圆极化微带天线，本发明提供以下具体实施例。
实施例1：一种基于电桥的5.8G圆极化微带天线。如图6所示为本实施例的基于电桥的5.8G圆极化微带天线的结构示意图。
天线包括：微带天线，馈电网络(电桥、电阻以及微带走线)，以及过孔馈点1和过孔馈点2；其中，以发射电磁波信号为例阐述工作原理，发射信号经过50ohm阻抗微带走线输入到电桥的信号输入端口1，经过电桥后产生两路幅度相等相位相差90°的发射信号分别输出到电桥的端口4和端口3，两路幅度相等相位相差90°的发射信号从端口4和端口3分别经过等长的50ohm阻抗微带走线分别输入到过孔馈点1和过孔馈点2，根据圆极化原理，信号满足在水平分量和垂直分量幅度相等相位相差90°，形成圆极化信号，最后再由微带天线作为天线辐射主体部分将圆极化信号发射出去。端口2为隔离端口，基本没有信号，外接50ohm电阻到地。接收电磁波信号过程信号路径相反，原理一样。
本实施例将圆极化拆解成两个正交线极化后，两个线极化幅值大小的比例称为轴比。在通用的圆极化设计中，一般轴比≤3dB时，认为符合圆极化设计要求。而图7为本方案圆极化天线在各主要方向角的轴比指标，可以看出，本方案的轴比指标基本保持在1dB以下，圆极化严格程度高于通用标准。
如图8展示本发明实施例中的一种圆极化天线测试设备的结构示意图。
圆极化天线测试设备包括：采用以上实施例中基于电桥的圆极化微带天线的发射天线和/或接收天线。图中仅以同时采用圆极化微带天线的发射天线以及接收天线为例。
当设备中发射天线或接收天线采用基于电桥的圆极化微带天线时；若为发射天线，则将发射信号转换为一对极化方向正交、相位相差90度且信号强度相同的射频信号，并将对应生成的圆极化电磁波信号由所述发射天线发送给对应的雷达传感器接收；若为接收天线，则将接收电磁波信号转换为一对极化方向正交、相位相差90度的射频信号，并进行合成。
当设备中发射天线和接收天线均采用基于电桥的圆极化微带天线时；所述圆极化天线测试设备依次将由所述接收天线接收的由各待测雷达传感器发射的电磁波信号分别转换为一对极化方向正交、相位相差90度且信号强度相同的射频信号，并将对应生成的圆极化电磁波信号由所述发射天线发送给对应的雷达传感器接收。
在一实施例中，圆极化天线测试设备还包括：与接收天线以及发射天线同样集成于模拟器电路板上的信号处理部件；
举例来说，所述信号处理部件包括：低噪声放大器、巴伦、移相器、微控芯片、数模转换器、第一混频器、第二混频器以及功率放大器；圆极化天线测试设备工作的基本过程包括：接收天线接收由雷达传感器发送的电磁波信号并结合馈电网络转换为一对极化方向正交、相位相差90度的射频信号，再由馈电网络中的电桥合成一路信号并由所述低噪声放大器将信号放大，之后经过巴伦将单端信号转换成两路差分信号，并由移相器输出一对正交的射频信号；同时，由PC控制端的工具软件发送需生成的模拟目标各项参数至模拟器的微控芯片，微控芯片根据参数，输出符合模拟目标特征的数字信号，信号经过数模转换器转换成一对符合模拟目标特征的模拟正交信号。该对信号分别经过第一混频器以及第二混频器与射频信号混频，之后合路并由功率放大器放大，再经过馈电网络以及发射天线生成圆极化电磁波并发送给所述雷达传感器。
如图9展示本发明实施例中的一种微波雷达测试系统的应用测试环境示意图。
系统处于由吸波材料搭建的外环境中，包括：
被安装在固定工装02的工装平面上的一或多个待测雷达传感器91；图中仅以一个为例。
在沿工装平面的法向方向上安装的圆极化天线测试设备92作为测试系统的目标模拟器；
所述圆极化天线测试设备92设有分别采用所述的基于电桥的圆极化微带天线的接收天线以及发射天线；需要说明的是，所述基于电桥的圆极化微带天线可以实现以上实施例的基于电桥的圆极化微带天线所有功能，对此不作赘述。
需要说明的是，如图10所示，待测雷达传感器91被安装在固定工装上的方式，大多数情况下均采用沿平面铺开的方式，目标模拟器安置在平面的法向方向的方式，这样探测结果的差异较小。若具有多个雷达传感器，雷达传感器91铺开的形式不局限于等距铺开，理论上雷达传感器91彼此隔开一定距离即可，对朝向、排布的规律性没有要求。
其中，所述圆极化天线测试设备92依次将由所述接收天线接收的由各待测雷达传感器发射的电磁波信号分别转换为一对极化方向正交以及相位相差90度射频信号，并将对应生成的圆极化电磁波信号由所述发射天线发送给对应的雷达传感器91接收。
由圆极化天线原理可知，圆极化信号可以等效分解为任意两个正交极化，幅度相等，相位相差90°的信号，因此，不管被测微波雷达传感器天线极化方向如何摆放，所述圆极化天线测试设备92使用的圆极化天线总可以分解为一路极化和微波雷达传感器天线极化方向一致的信号，以及另一路和微波雷达传感器天线极化方向正交的信号，如图11所示。所以，不管微波雷达传感器天线极化方向如何，使用本方案的圆极化天线测试设备，总能和被测微波雷达传感器之间收发幅度相等的微波信号，不会因为微波雷达传感器天线极化方向和圆极化天线测试设备天线极化方向不一致而干扰测试结果。
在一实施例中，如图9所示，所述所述圆极化天线测试设备92安装在沿工装平面的法向方向上，距离工装平面的距离为d。则d满足固定距离关系；
其中，所述固定距离关系包括：
并且其中，D为雷达传感器固定工装的对角线长度，λ为雷达工作频率下电磁波对应的空气中波长。
为了更好的说明上述微波雷达测试系统，本发明提供以下具体实施例。
实施例2：一种微波雷达测试系统。如图12展示本发明实施例中的一种微波雷达测试系统的应用测试环境示意图。
所述系统包括：9个待测雷达传感器、圆极化天线测试设备以及由吸波材料搭建的外环境；
9个待测雷达传感器被安装在固定工装上，如图13所示，呈九宫格平面铺开；圆极化天线测试设备采用基于电桥的圆极化微带天线，则安装在沿工装平面的法向方向上，距离工装的距离为d，d取值满足公式(1)；
其中，D为雷达传感器固定工装的对角线长度(例如，图13中阴影区方块的对角线长度)，λ为雷达工作频率下电磁波对应的空气中波长。
此应用案例中，雷达传感器均收发为线性极化电磁波；如图13所示，假设安装时5号雷达传感器正对圆极化天线测试设备，而它圆极化天线测试设备的极化方向如图14所示；此时，其他传感器因为安装位置相对目标模拟器有不可忽略的错位，信号收发不再严格按法向传输，因此存在极化偏转。同理，圆极化信号可以等效分解为任意两个正交极化，幅度相等，相位相差90°的信号，因此，不管被测微波雷达产品天线极化方向如何偏移，测试结果不会因为极化损失而不一致。
本实施例具有以下优势：
本实施例应用在微波雷达测试方案或设备中，可以解决因天线极化损失而导致微波雷达性能测试结果失真或不一致的问题；同时，应用在生产测试设备中，可以解决多个被测微波雷达模块因位置差异，出现极化偏移，造成和测试设备线天线极化方向无法全部严格一致，从而导致测试结果不一致的问题。另外，本方案实现的圆极化天线属于微带天线，相对喇叭天线占用面积小，方便集成在测试设备中，同时，降低成本。
综上所述，本发明的基于电桥的圆极化微带天线、天线测试设备及微波雷达测试系统，提供一种集成有微带天线、设有电桥的馈电网络以及第一过孔馈电点以及第二过孔馈电点的圆极化微带天线，该天线利用第一过孔馈电点以及第二过孔馈电点以金属过孔的形式将所述微带天线与所述馈电网络的电桥连接，通过产生一对极化方向正交以及相位相差90度的射频信号实现对电磁波信号进行接收或对圆极化电磁波信号进行发射。使用本发明的圆极化微带天线测试微波雷达产品时，测试结果不再会因极化损失而失真，每次测试结果也不会因极化损失程度不一样而不一致，进而解决因测试设备和微波雷达产品天线极化方向不一致而导致的测试雷达性能失真和数据差异大的问题。
上述实施例仅示例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，但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)

1.一种基于电桥的圆极化微带天线，其特征在于，包括：
微带天线、设有电桥的馈电网络以及第一过孔馈电点以及第二过孔馈电点；
其中，所述微带天线设于天线面；所述馈电网络设于位于所述天线面背面的馈电网络面；所述第一过孔馈电点以及第二过孔馈电点到所述微带天线的几何中心的距离相等且两过孔馈电点到几何中心的连线彼此正交；
所述第一过孔馈电点以及第二过孔馈电点以金属过孔的形式将所述微带天线与所述馈电网络的电桥连接，以供通过产生一对极化方向正交以及相位相差90度的射频信号实现对电磁波信号进行接收或对圆极化电磁波信号进行发射。
2.根据权利要求1中所述的基于电桥的圆极化微带天线，其特征在于，所述电桥包括：第一端口、第二端口、第三端口以及第四端口；
其中，所述第二端口外接电阻接地；所述第三端口以及第四端口通过两条长度相同且均采用设定阻抗的微带线走线分别与所述第一过孔馈电点以及第二过孔馈电点连接；
所述电桥用于通过第三端口以及第四端口将通过采用设定阻抗的微带走线输入至第一端口的发射信号生成的一对相位相差90度且信号强度相同的射频信号分别输入到所述第一过孔馈电点以及第二过孔馈电点获得一对极化方向正交、相位相差90度且信号强度相同的射频信号，以供所述微带天线生成对应的圆极化电磁波信号并进行发射；
或者，通过第三端口以及第四端口从所述第一过孔馈电点以及第二过孔馈电点接收的由微带天线接收的电磁波信号产生的一对极化方向正交的接收信号，并通过第一端口输出由一对极化方向正交、相位相差90度的射频信号合成的接收信号。
3.根据权利要求2中所述的基于电桥的圆极化微带天线，其特征在于，所述第一端口以及第四端口通过依次串联的第一微带线、第二微带线以及第三微带线连接；所述第二端口以及第三端口通过依次串联的第四微带线、第五微带线以及第六微带线连接；所述第一微带线与第二微带线的连接处以及第四微带线与第五微带线的连接处之间连接有第七微带线；所述第二微带线与第三微带线的连接处以及第五微带线与第六微带线的连接处之间连接有第八微带线；
其中，所述第一微带线、第三微带线、第四微带线以及第六微带线采用第一长度以及第一阻抗的微带线走线；所述第二微带线以及第五微带线采用第二长度以及第二阻抗的微带线走线；所述第七微带线以及第八微带线采用第二长度以及第一阻抗的微带线走线。
4.根据权利要求3中所述的基于电桥的圆极化微带天线，其特征在于，由第一微带线、第二微带线以及第三微带线构成第一端口至第四端口的第四端口传输路径；通过由第一微带线、第七微带线、第五微带线以及第六微带线构成的第一传输路径以及由第一微带线、第二微带线、第八微带线以及第六微带线构成的第二传输路径共同构成第一端口至第三端口的第三端口传输路径；
其中，第一传输路径以及第二传输路径的路径长度相同，且分别与第四端口传输路径的路径长度差值为四分之一微带线走线波长，以供第三端口以及第四端口输出一对相位相差90度且信号强度相等的发射信号或由第一端口输出由一对相位相差90度的射频信号合成的接收信号。
5.根据权利要求4中所述的基于电桥的圆极化微带天线，其特征在于，所述第一阻抗与设定阻抗相同。
6.根据权利要求5中所述的基于电桥的圆极化微带天线，其特征在于，所述第一阻抗为50ohm；
第二阻抗为第二长度为微带线走线波长λg的四分之一长度。
7.根据权利要求2中所述的基于电桥的圆极化微带天线，其特征在于，所述外接电阻的阻值为50ohm。
8.根据权利要求1中所述的基于电桥的圆极化微带天线，其特征在于，所述天线面位于PCB板的正面，所述馈电网络面位于PCB板的背面；所述PCB板为多层结构，包括：设置有微带天线的天线层、设置有馈电网络的馈电网络层以及设于所述天线层与馈电网络层之间的接地层。
9.一种圆极化天线测试设备，其特征在于，包括：
采用如权利要求1至8中任一项所述的基于电桥的圆极化微带天线的发射天线和/或接收天线。
10.一种微波雷达测试系统，其特征在于，所述系统包括：
一或多个待测雷达传感器，分别安装在固定工装的工装平面上；
圆极化天线测试设备，在沿工装平面的法向方向上安装，包括：
分别采用如权利要求1至8中任一项所述的基于电桥的圆极化微带天线的接收天线以及发射天线；
其中，所述圆极化天线测试设备依次将由所述接收天线接收的由各待测雷达传感器发射的电磁波信号分别转换为一对极化方向正交以及相位相差90度的射频信号，并将对应生成的圆极化电磁波信号由所述发射天线发送给对应的雷达传感器接收。
CN202310359508.XA 2023-03-31 2023-03-31 基于电桥的圆极化微带天线、天线测试设备及微波雷达测试系统 Pending CN116632545A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310359508.XA CN116632545A (zh) 2023-03-31 2023-03-31 基于电桥的圆极化微带天线、天线测试设备及微波雷达测试系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310359508.XA CN116632545A (zh) 2023-03-31 2023-03-31 基于电桥的圆极化微带天线、天线测试设备及微波雷达测试系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116632545A true CN116632545A (zh) 2023-08-22

Family

ID=87625452

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310359508.XA Pending CN116632545A (zh) 2023-03-31 2023-03-31 基于电桥的圆极化微带天线、天线测试设备及微波雷达测试系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116632545A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Horst et al. Design of a compact V-band transceiver and antenna for millimeter-wave imaging systems
Kueppers et al. A compact 24× 24 channel MIMO FMCW radar system using a substrate integrated waveguide-based reference distribution backplane
CN102273010B (zh) 用于导航和通信的钩形绕杆式天线
Jam et al. A submillimeter-wave near-field measurement setup for on-wafer pattern and gain characterization of antennas and arrays
Douglas et al. A high-isolation two-port planar antenna system for communication and radar applications
CN116626619A (zh) 多普勒雷达目标模拟器以及微波雷达传感测试系统
CN105490022A (zh) 多通道紧缩场馈源
Arnieri et al. An integrated radar tile for digital beamforming X-/Ka-band synthetic aperture radar instruments
CN116008928A (zh) 基于圆极化设计的多普勒微波雷达模拟器及微波雷达测试系统
Ren et al. Gapwaveguide automotive imaging radar antenna with launcher in package technology
CN112213565B (zh) 电磁场无源探头和探测系统
CN116859351A (zh) 调频连续波雷达目标模拟器以及微波雷达传感测试系统
CN116632545A (zh) 基于电桥的圆极化微带天线、天线测试设备及微波雷达测试系统
CN116299243A (zh) X波段多普勒雷达目标模拟器以及x波段多普勒雷达传感测试系统
CN101286591A (zh) 宽频带天线
CN114400436B (zh) 一种宽频带余割平方波束赋形天线
Zhang et al. A Novel Direction of Arrival Estimation Planar Monopulse Receiver
Zhou et al. A compact MIMO automotive radar using phase-aligned daisy-chain cascading topology and elevation compensation for 2D angle estimation
Perera et al. A fully reconfigurable polarimetric phased array antenna testbed
CN209400608U (zh) 散射参数测试系统
Kuhn et al. Broadband Antenna Probe for Microwave EMC Measurements
Alamdar et al. A miniaturized broadband monopulse comparator with all DELTA channels nulling in Ku band
Ahmad et al. Probing concept for an antenna array for 60 GHz band
Jovanović et al. Realization of antenna array at K band with tailored azimuth and elevation beamwidths
Ghosh et al. Estimation of antenna factor of microstrip patch antenna as EMI sensor

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination