CN116670935A - 天线装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种天线装置(1)，包括印刷电路板(2)以及布置在其上的电子元件(3)。所述天线装置(1)包括至少两个单独的天线元件(12)，其被互连到配置为发送和接收信号的所述电子元件(3)，每个天线元件(12)包括在所述天线组件(6)中互连的至少一个波导通道(9)；第一波导孔(10)被布置在所述天线组件(6)的背面(16)，所述第一波导孔(10)与所述电子元件(3)互连配置为发送和/或接收信号；第二波导孔(11)被布置在所述天线组件(6)的正面(17)，也被配置为发送和/或接收信号。

Description

天线装置

技术领域

本发明涉及一种天线装置，其包括具有波导的天线布置，例如用于汽车雷达应用。

背景技术

根据现有技术已知几种辐射元件，例如来自同一申请人的WO12110366A1、WO2017167916A1、WO2017158020A1、WO2018001921A1。

Waymo LLC于2019年公开的US10218075BA描述了一种方法，包括在第一金属层中形成包括输入波导通道、多个分波通道和多个波辐射通道的第一半波导通道。该方法可进一步包括将第一金属层紧固到第二金属层，以使波导通道的两半基本上对准。

Nidec于2019年公开的US10439298描述了一种具有导电构件的开口阵列天线，该导电构件具有导电表面和其中的开口。导电构件和波导构件中的至少一个包括导电表面和/或波导面上的凹痕，每个凹痕用于加宽导电表面和波导面之间相对于任何相邻位置的间距。

Nidec于2017年公开的WO2017175782A1描述了一种天线阵列，其包括具有彼此相邻的第一开口和第二开口的导电构件。导电构件前侧上的导电表面形成为限定分别与第一开口和第二开口连通的第一喇叭和第二喇叭。

Huawei Technologies于2020年公开的CN111600133A描述了一种毫米波雷达，包括介质板、微带线、非规则阻抗变换带、阶梯型微带线到单脊波导互连结构。

Samsung于2020年公开的US20200185802A1描述了一种脊形波导，包括导电基底、从导电基底向上突起并沿着预定波传输方向延伸的导电脊、位于导电基底和导电脊之上并与导电脊之间间隔一定间隙的上部导电壁、以及位于导电基底与上部导电壁之间且靠近导电脊的电磁带隙结构。

SwissSto于2017年公开的US20200127358A1描述了一种用于在确定的频率下引导射频信号的波导装置，该装置包括具有侧壁的主体，该侧壁具有外表面和内表面，该内表面限定波导通道。导电层覆盖主体的内表面，导电层由在频率上具有趋肤深度δ的金属制成，并且其厚度至少为趋肤深度δ的二十倍。

Ericsson于2020年公开的WO2020159414A1描述了一种天线装置和包括至少两个天线装置的天线组。该天线装置包括一种漏波天线结构，该漏波天线结构包括沿第一轴线在第一平面中延伸的波导结构，其中波导结构沿第一轴线的两个相对的端部，以及位于波导结构的相对端部的第一馈电点和第二馈电点。

Cn Elect Tech No 38Res Inst于2017年公开的CN107394417B描述了一种从矩形波导到脊形波导的串联馈电网络。该串联馈电网络包括多个脊形波导管和一个矩形波导功分器，并且在脊形波导与矩形波导功分器之间形成一个共用壁，该共用壁上设有用于连通脊形波导和矩形波导功分器的S型缝隙。

Commscope于2017年公布的US20170271776A1描述了一种平面阵列天线，包括输入层和输出层，输入层包括波导网络，用于将输入层第一侧上的输入馈电耦合到其第二侧上的多个主耦合腔，并且输出层位于输入层的第二侧上。

Mitsubishi于2010年公开的US20100321265A1描述了一种波导开口阵列天线设备，其具有在与波导管轴倾斜的方向上的偏振波面，其中适当地获得用于辐射或接收电磁波的开口部分的激发分布。

Cn Elect Tech No 38Res Inst于2020年公开的CN110994080A描述了一种开口波导旋转接头。该接头包括开口波导传输线、金属柱、同轴波导转换器和金属盖板，该金属盖板对应于多个开口波导传输线设置。

BAE于2012年公开的US20120321246A1描述了一种非对称开口式波导及其制造方法。该开口式波导使用互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺，在硅-绝缘体(SOI)上构建。可以使用光刻工艺在一个或多个晶圆上涂覆光致抗蚀剂材料，以便由此通过施加后烤工艺(PAB)对晶圆进行烘烤。

Molex Corp.于2020年公开的CN111653855A描述了一种波导，其包括由树脂形成的管状树脂部分、形成在树脂部分内表面上的导体层以及由树脂部分保持的配件。

其他资源是：G.P.Le Sage，“3D打印波导开口阵列天线(3D Printed WaveguideOpening Array Antennas)”，IEEE Access，第4卷，第1258-1265页，2016年，doi:10.1109/ACCESS.2016.2544278。

《天线工程手册》(Antenna Engineering Handbook)，Richard C.Johnson，1993年第1版，Mcgraw-Hill专业版；R.S.Elliott，《天线理论和设计》(Antenna theory anddesign)，Prentice-Hall，Upper Saddle River，NJ，1981年；R.S.Elliott，《天线手册》(Antenna handbook)，Y.T.Lo和S.W.Lee编，《波导馈电的开口阵列设计》(The design ofwaveguide-fed opening arrays)，Reinhold–Van Nostrand，纽约，1988年；M.Khazai和M.Khalaj-Amirhosseini，“使用非均匀波导降低开口阵列天线的旁瓣水平”(To reduceside lobe level of openingted array antennas using nonuniform waveguides)，Int.J.RF Microw.Comput.Aided Eng.，第26卷，第1期，第42-46页，2016年。

Mallahzadeh,A.R.&Mohammad-Ali-Nezhad,Sajad.(2012)。“斜脊波导窄壁超低交叉极化开口阵列天线”(An Ultralow Cross-Polarization Opening Array Antenna inNarrow Wall of Angled Ridge Waveguide)。《通信工程期刊》(Journal ofcommunication Engineering)，1。

A.Haddadi、C.Bencivenni和T.Emanuelsson，“用于电子频带汽车应用的间隙波导开口阵列天线(Gap Waveguide Opening Array Antenna for Automotive Applicationsat E-Band)，2019年第13届欧洲天线和传播大会(EuCAP)，克拉科夫，波兰，2019年，第1-4页。

D.Zarifi、A.Farahbakhsh和A.U.Zaman，“基于间隙波导的V频段低旁瓣背腔开口阵列天线”(AV-Band Low Sidelobe Cavity-Backed Opening Array Antenna Based onGap Waveguide)，2020年第14届欧洲天线和传播大会(EuCAP)，哥本哈根，丹麦，2020年，第1-3页，doi:10.23919/EuCAP48036.2020.9135836。

发明内容

毫米波频率在通信设备和雷达应用中的使用，例如在汽车中，正在不断扩大。天线是所有这些领域中的关键部件，在性能、尺寸、重量和符合环境标准方面都有更高的要求。

在性能方面，天线增益和效率是至关重要的参数，因为它们直接影响整个系统链路预算(转换为通信系统的链路距离和覆盖范围，以及汽车雷达的最大探测范围)。印刷电路板天线(PCB天线)，通常用于较低频率，也适用于毫米波频率。然而，它们通常在性能方面存在劣势。更具体而言，PCB天线通常包括作为辐射元件的平面金属结构。它们通常在介质衬底层上实现或集成在介质衬底层中。通过附加的平面结构，即传输线，例如微带、共面波导、带状线，将信号从芯片引导到辐射部分，来实现这些辐射元件与芯片(分别是电子元件)的连接，所述芯片被预见用于产生/接收待发送/接收的功率(信号)。

这些辐射元件和连接在毫米波频率下的实现通常存在一些主要缺点：由于衬底材料的特殊介电特性，它们在毫米波频率下(尤其是在高于60GHz的频率下)损耗很大。这些损耗极大地降低了天线的效率/性能，同时增加了系统内部需要耗散的功率。为了补偿这些损耗，如果考虑发射机模式，芯片需要产生更多功率。然而，这并非总是可能的，因为大多数这些应用对系统本身可以产生或处理的最大功率非常敏感。相反，在接收机侧，这些损失很难通过对接收机灵敏度的直接影响来补偿，这会对检测范围(例如，对于雷达系统)或链路预算(例如，对于通信应用)产生负面影响。

补偿上述PCB损耗的一种附加方式是通过设计来增加天线指向性，以达到所需的范围。损耗几乎是恒定的，因此可以获得更高的增益。通过较窄的波束宽度图案可获得更高的指向性，这通常导致用于发射的视场大大减小。

PCB天线通常提供窄带性能(约为5％)，这可能会对需要高达20％带宽的新兴通信网络和汽车雷达的应用造成限制。除此之外，适用于毫米波频率应用的衬底材料通常非常昂贵，由此提高了整个系统的价格点。所有这些方面均对整个系统的复杂性和成本具有直接影响，因为需要开发和应用非常高性能的组件和材料。

反过来，PCB天线的一种替代方案是由与喇叭状天线耦合的充气波导管、开放式波导辐射器或开口来表示。用于微波和毫米波的通用充气波导管是中空导电管，能够以可忽略的损耗(取决于金属导电性)将电磁信号从点A引导到点B。

由于它们在毫米波频率下几乎无损的性能(如果与标准PCB相比，则提高高达10倍)和宽带潜力(高达20％的分数带宽)，与喇叭状天线耦合的金属波导管、开放式波导辐射器或金属层中的开口代表了可用于毫米波频率通信和汽车雷达应用的高性能天线的实现的强大组合。关于波导元件要考虑的一个方面与波导元件的尺寸有关，这与操作频率直接相关。更具体而言，波导元件的尺寸与频率成反比(即，与传播信号的波长成正比)。这意味着频率越高，波导横截面就越小。作为一个示例，77GHz工作的标准矩形波导是汽车雷达的典型频率，其横截面约为3mm×1.5mm，并可在一定程度上减小。在这些频率(毫米波)下，传播信号的波长非常小(77GHz时约为3.9mm)。因此，制造公差起到至关重要的作用，因为相对于标称设计的微小机械变化可能会使引导或辐射结构的电磁特性产生意想不到的变化，从而导致性能下降并直接影响整个系统的功能。制造公差在基于波导的天线和元件开发中的重要性对其制造方式造成了一些限制。

标准毫米波频率波导组件通常使用具有非常低公差要求的先进加工技术制造，如高精度铣削、微机械加工等。然而，当需要实施基于充气波导技术的高性能毫米波频率阵列天线时，这些技术显示出局限性，因为这些通常需要连接天线馈电点和辐射结构的复杂的功率分配/组合网络。辐射结构和馈电网络通常都包括需要低公差(几十微米量级)的特定特征，并且使得不可能在单个部件中制造天线。此外，这些标准的高精度制造技术价格高昂，与汽车雷达等特定应用驱动的大批量生产几乎不兼容，这些特定应用每年可能需要数千万个天线。

本公开的一个方面在于基于波导技术相对于例如印刷电路板(PCB)的相当大的性能优势来克服这些制造局限性/缺点。

鉴于波导技术在性能方面的上述优势，并考虑到制造中的严格公差要求，本公开的一个方面针对创新的射频和机械设计与先进制造的结合，以实现高性能毫米波频率波导天线和元件，尤其是汽车。

根据本公开的天线装置，例如，以在自动驾驶期间用于汽车雷达捕捉环境的雷达装置的形式，通常包括印刷电路板(PCB)和布置在其上的电子元件。所述天线装置还包括天线组件，所述天线组件包括至少两个单独的天线元件，所述天线组件互连到所述电子元件并且被配置为发送和/或接收信号。电子元件可以直接互连到天线元件和/或例如通过空心波导装置之类的波导装置间接互连到天线元件。天线元件通常包括至少一个波导通道，所述波导通道在天线组件中将布置在天线组件背面的第一波导孔与布置在波导组件的正面的第二波导孔互连。所述第一波导孔与所述电子元件互连，并被配置为从所述电子元件发送信号和/或从电子元件接收信号。第二波导孔被配置为以向远程站发送信号和/或从远程站接收信号(如果适用的话)。背面的第一波导孔可以例如通过平面传输线通过在天线组件背面的PCB上实现的耦合/辐射特征耦合到电子元件。辐射孔可以被设计为漏斗形开口，也被定义为喇叭状第二波导孔。当扩口部分将分路器和/或波导通道互连到喇叭状第二波导孔时，可以获得良好的效果。扩口部分优选地布置在分路器的主端口或波导通道的远端附近。

如本文所述的天线组件通常被设计为高效的多输入多输出(MIMO)装置，例如用于如上所述的汽车中的雷达应用。这种天线组件通常需要单独的天线元件，这些天线元件彼此协调，以便同时和/或根据特定模式发送和/或接收信号。因此，根据应用领域，天线组件通常包括至少两个单独的天线元件，它们可以彼此独立地操作。在一个优选的变体中，每个单独的天线元件都与电子元件互连，以便如果适当，可以独立地为每个天线元件选择单独的频率和带宽。当第二波导开口被合并为布置在天线组件前侧的辐射开口阵列的多个辐射开口时，可以获得良好的效果，如下文详细描述的。所述多个辐射开口共同形成第二波导孔。阵列的多个辐射开口优选地由公共波导通道激发，所述公共波导通道经由第一波导孔互连到天线组件背面的相应辐射元件。根据设计，阵列的辐射开口被配置为辐射和/或接收信号。当辐射开口被设计成槽形时，可以获得良好的效果。根据应用领域，辐射开口可以具有不同的几何形状，这将从下文更详细示出的变化形式中变得明显。

具有半导波长间距的纵向开口通常需要相对于中心线偏移。考虑到电流的特定分布，这种布置是必要的，例如，如果开口被放置在一条线上，就会会激发开口异相。然而，如下图中的某些变体所示，使开口彼此共线或成一直线对齐是一种优势。这允许实现对称图案，并避免主辐射平面外不不需要的波瓣。在一个优选的变体中，这在本公开中通过改变充气水平波导管的电场和电流分布来实现。

优选地，辐射开口在垂直方向上具有漏斗形设计，在它们合并到公共波导通道或其分支之前在向内方向上具有变窄的横截面。第一波导通道分支的至少一个辐射开口和第二波导通道分支的至少一个辐射开口也可以互连到至少一个漏斗，其中所述漏斗互连到第二波导孔。这种变体允许增加至少一个辐射开口的辐射表面。在优选的变体中，漏斗可以相对于孔以不对称的方式布置。所述至少一个漏斗可被互连到横向位移的第二波导孔，以实现非对称辐射图案。非对称位移的漏斗在天线装置的辐射特性中产生倾斜。横向位移的影响会在天线指向性中产生局部极大值。这些局部极大值有助于将天线能量集中在某些区域。倾斜模式有助于在雷达的给定区域中具有更大的范围。例如，在汽车应用中可以实现良好的效果，因为倾斜图案可以具有局部更宽范围。

可替代地或除了横向位移漏斗之外，辐射开口的横截面也可以修改以影响指向性。第一波导通道分支和第二波导通道分支各自可以包括两个辐射开口阵列。优选地，所述阵列被布置为相对于彼此基本平行。在优选的变体中，两个阵列互连到至少一个公共漏斗。根据所需的辐射特性，公共漏斗可以相对于两排辐射开口横向偏移地布置。可替换地或附加地，两行辐射开口可以具有变化的横截面以进一步倾斜辐射图案。开口的横截面之间的差异在每个开口的辐射之间产生相位差。相位差导致图案的辐射发生倾斜。

在一个优选变体中，两个开口阵列相对于彼此平行布置。第一阵列的开口的横截面小于/或大于第二阵列的开口的横截面。这种构造导致辐射图案的倾斜。或者，一个阵列内相邻开口的横截面可以不同，使得具有较小横截面的开口被布置在具有较大横截面的开口附近。当具有较小或较大横截面的开口以交替方式排列成一行时，可以获得良好的效果。这导致辐射图案被补偿并以直线方式辐射。

增加的辐射表面有利于改善信号的传输，并且还可提高接收信号的有效性。在另一种变体中，第一和第二波导通道分支的每一个可包括至少一个辐射开口，其中两个相关分支的至少一个开口优选地相对于中心线共线布置。这种构造不仅有利于辐射，而且有利于节省布置空间。如果第二波导孔被合并为辐射开口阵列，则当辐射开口被布置为在天线组件的宽壁上纵向位移的线性阵列时，可以获得良好的效果。

在一个优选的变体中，至少一个波导通道相对于第一波导孔在远端处通过分路器的主端口互连到波导分路器。分路器被配置为将信号分成两部分，并且如果需要，例如通过将偏振从水平方向旋转到垂直方向和/或反之亦然来调整信号部分的方向。分路器将信号功率的第一部分路由到互连到分路器的第一副端口的第一波导通道分支中，并将信号功率的第二部分路由到互连到分路器的第二副端口的第二波导通道分支中。分路器的主端口和副端口可以完全集成到波导通道和相应的波导通道分支的结构中，因此不一定从外部借可见。在一种变体中，分路器可以被配置为顺时针旋转信号功率的一部分，而逆时针旋转另一部分。在天线组件的优选变体中，电场在到达波导主端口时，从水平方向(基本在天线组件的平面内)扭曲到在波导副端口处离开分路器时的垂直方向(基本垂直于天线组件的前表面)。

在分路器的一种变体中，信号功率的两个部分均在相同的方向上旋转。通常，信号是被等分的，从而一半的信号(功率)流入每个波导通道分支。在辐射孔接收的输入功率的情况下，分路器也可以被配置为也进行相互的工作。因此，分路器也可起到耦合器的作用。来自两个波导通道分支的接收信号可以组合成一个信号。第一波导通道分支和第二波导通道分支优选地至少在一定距离内相对于彼此同轴设置。单个天线元件的波导通道在分路器的主端口区域内，优选地被垂直于第一和第二波导通道分支或平行于第一和第二波导通道分支布置。可替换地或附加地，单个天线元件的波导通道可以相对于第一和第二波导通道分支以0度和90度之间的任何角度布置。在优选的变体中，可以布置至少一个垂直分路器以将第一和/或第二波导通道分支互连到至少一个第二波导孔。可以添加垂直分路器以在至少两个喇叭状副波导孔之间分离信号。

可替代地或附加地，第二波导孔可以是喇叭状的。当喇叭状第二波导孔附近布置扩口部分时，可获得良好的效果。扩口部分优选地相对于波导分路器和/或波导通道基本垂直布置。在一种变体中，至少一个开口可以被布置为基本上平行于波导分路器和/或波导通道。现有技术中的已知喇叭状天线通常包括相对于波导通道和/或分路器同轴布置的喇叭。这导致相对高耸的结构，因此天线组件相对较厚，通常包括几层。为了降低天线组件的高度，喇叭可以被折叠。扩口部分被配置为减小喇叭的高度，但仍然获得与已知喇叭相同的指向性。因此，折叠式喇叭具有与已知喇叭相同的效率，但具有减小的高度。折叠式喇叭进一步导致具有高指向性的天线。扩口部分优选地被设计为基本上呈梯形的波导通道。扩口部分的至少一个壁可以相对于分路器成角度布置。扩口角(β)最好从水平面开始，这允许获得与已知喇叭相同的效率，但高度降低。

布置在分路器或波导通道处的偏转元件通常被配置为引入电场的90度旋转。在分路器和/或波导通道中被水平偏振的电场被扭曲，使得在喇叭的扩口部分中的电场被垂直偏振。至少一个偏转元件被布置为邻近分配器的第一副端口和/或第二副端口或喇叭状第二波导孔，被配置为将电场从扩口部分中的垂直偏振扭曲到喇叭状第二波导孔中的水平偏振。当接收输入信号时，偏振扭曲，反之亦然。可替换地或附加地，折叠式喇叭可以包括至少一个脊。在优选变体中，至少一个开口包括彼此相对布置的两个脊。脊被配置为在波导的中心部分引入传播模式的电延迟，这有助于进一步减小相位误差并获得更高的指向性值。

可替换地或附加地，脊和/或缩颈可布置在第一波导通道分支和/或第二波导通道分支处，其被配置为引入传播模式的电延迟。电延迟有助于进一步减小相位误差，从而获得更高的指向性值。在信号功率在第一部分和第二部分中被分配的情况下，则分路器可以包括缩颈，例如以向内突起的形式，或可选地以隔膜形式，所述隔膜布置在第一分支和第二分支中间的分路器中，分别是第一副端口和第二副端口。所述缩颈被配置为帮助在第一波导通道分支和第二波导通道分支之间划分信号。根据要实现的分布，缩颈可布置在第一副端口和第二副端口之间的中心，使得信号在第一波导通道分支和第二波导通道分支之间被平均分配。如果合适，缩颈可相对于第一副端口和第二副端口之间的中心点设置，所述中心点偏移到第一副端口和第二副端口之间的一侧，使得信号，分别是其功率，在第一波导通道分支和第二波导通道分支之间不相等地分配。由于本文所述布置的性能优点，功率分配几乎是无损的。在分配过程中，只有微不足道的功率损耗。

偏振扭曲也可通过多个偏转元件来实现，这些偏转元件能逐渐改变和旋转电场。所述偏转元件优选地被配置为阻抗匹配特征。所述至少一个偏转元件可被配置为扭曲所述电场的偏振，使得所述第一波导通道分支和所述第二波导通道分支的偏振相等。或者，偏转元件可以被配置为使得第一波导通道分支和第二波导通道分支中的电场的偏振相对于彼此反转。如上所述，所述至少一个偏转元件可被配置为扭曲电场的偏振，使得电场基本上从水平方向到垂直方向扭曲90度，并且如果合适，提供阻抗匹配。可替换地或附加地，偏转元件可以相对于分路器非对称地布置，使得在第一波导通道分支和第二波导通道分支之间实现非对称的功率/相位分布。这对于指向不同于所需视轴的角度的应用而言可能是有益的。至少一个偏转元件可以相对于至少一个第二波导孔布置在第一波导通道分支和/或第二波导通道分支的底侧。所述至少一个偏转元件被配置为修改所述喇叭元件的相位和功率分布。在一种变体中，多个分路器可以被布置成在级联中。在第一副波导通道分支和第二副波导通道分支和多个喇叭状副波导孔之间，可以将多个分路器布置为相对于彼此共线。在分路器互连到第一副波导通道分支和第二副波导通道分支，并且在第一副波导通道和第二副波导通道和多个喇叭状副波导孔之间布置附加数量的分路器的变体中，电场是扭曲的歧管。

当多个分路器被相对于彼此共线布置在第一波导通道分支和第二波导通道分支与多个喇叭状第二波导孔之间时，可以获得良好的效果。在优选变体中，至少一个喇叭状第二波导孔可以相对于分路器有角度偏移，所述分路器被配置在相应的喇叭状第二波导孔中引入偏振扭曲，从而改变辐射图案的偏振。在一种变体中，每个分路器可包括至少两个喇叭状开口。一个分路器的至少两个喇叭状开口之间的振幅和相位关系可受偏转元件的影响。在优选变体中，第一波导通道分支和第二波导通道分支的电场和两个分支的振幅/相位的偏振相等。在所述分路器包括两个喇叭状第二波导孔的变体中，所述两个喇叭状第二波导孔之间的振幅和相位关系可以通过布置在第一波导通道分支和/或第二波导通道分支和/或喇叭状第二波导孔处的缩颈和/或偏转元件来调谐。当偏振由纯水平(0°)改变为倾斜(±45°)或垂直(90°)偏振时，可获得良好的效果。偏振优选地通过一系列偏转元件扭曲，从而实现平滑过渡。所示变化的优点在于，可以在没有附加天线层的情况下改变偏振。

在其它变体中，布置在波导通道和/或分路器的内部和/或外部的至少一个偏转元件包括以下元件组中的至少一个或其组合：台阶、凹槽、通道、凸起、凹陷角，其通常在波导通道和/或分路器的横截面的内部和/或外部突出，从而形成横截面的局部缩小。当波导通道在分路器主端口的区域中包括两个凹陷角时，可以获得良好的效果，这两个凹陷角被布置为彼此相对，并且被设计为用于电场的偏转元件。在根据本发明的天线装置的优选变体中，至少一个天线元件的波导通道的长度大于第一波导通道分支的长度和第二波导通道分支的长度的总和。

在需要更多指向性或复杂辐射图案的情况下，每个天线元件可包括多于一个第一波导通道分支和一个第二波导通道分支。阵列的多列可以被布置到波导分路器和/或波导通道分支。在优选变体中，至少一个第一列阵列被布置为邻近第一波导通道分支，并且至少一个第二列阵列被布置为邻近第二波导通道分支。这种设计被称为公司网络。以这样的方式来设计公司网络，使得两列均以相等的振幅和相位馈电，以获得最大的指向性。在另一种变体中，阵列的第一列和第二列被布置为串行馈电网络。当阵列的第一列和第二列被布置为邻近中心馈电波导通道时，可获得良好的效果。在优选变体中，阵列的第一列和第二列基本上垂直于中心馈电波导通道布置。优选地，远端第二列被馈送相位移动。相位移动可以产生高指向性和非倾斜的辐射图案。

当波导通道包括以下几何形状组或其组合中的至少一个波导横截面时可以进一步获得良好的效果：矩形、菱形、椭圆形、圆形，其中横截面的主延伸方向基本上平行于第一波导孔和第二波导孔。第一波导孔和第二波导孔可以相对于彼此横向偏移。这种偏移允许优化每个波导通道的路由，以允许射频信号的阻抗匹配和低损耗传输，从而保持不同天线元件之间的特定相位关系，并允许适当的制造工艺。每个波导通道的横截面被优化以保证顶部和底部天线层的高精度制造。从现有技术中已知，开口的标准阵列的一个缺点在于开口相对于中心线的偏位移置。特别地，这种偏移产生有效天线孔径的不对称照明，这反过来又导致主辐射平面(即，方位角和仰角平面)之外的辐射图案中产生不对称。这些不对称通常会在特定不希望的角度上导致更高的辐射水平，从而导致整个系统性能的下降。在优选变体中，单个天线元件的第一波导通道分支和第二波导通道分支可以被设计为交错设计，所述交错设计被配置为改变电场。有利地改变电场，使得第一波导通道分支的至少一个辐射开口和第二波导通道分支的至少一个辐射开口可以相对于彼此共线对准。交错设计被配置为当开口被布置在一条线上时避免不对称照明。与现有技术中已知的设计相比，所述布置的优点是不易发生光束倾斜，并且提供更宽的带宽。然而，基于标准中心馈电阵列的MIMO天线需要两个以上的堆叠层，因为馈电需要通过水平波导管的底部进行路由。这将因此导致制造成本和复杂性的增加。

可替换地或附加地，波导通道可以由基于间隙波导技术的一系列支柱至少部分地取代。在这样的天线组件中，前部或背部可以优选地至少部分地包括支柱，所述支柱至少部分地形成波导通道和/或分路器和/或第一波导通道分支和第二波导通道分支的外轮廓。支柱被配置为引导信号通过波导通道。支柱可被布置为产生带隙结构，所述带隙结构被配置为补偿前部和背部之间潜在的制造和装配公差，因为它们之间不一定需要直接的欧姆接触。电磁带隙(EBG)结构基本上是围绕空心波导通道布置的。电磁带隙结构允许阻挡给定频率范围的电磁波，起到导电壁的作用，而不需要在实现波导结构的前部8和背部7之间具有直接和/或欧姆接触。它们通常通过形成周期性图案来实现，如PCB技术中的蘑菇或波导技术中的支柱。

如果合适，所述至少一个第一波导孔可以布置在从天线组件背部的背面延伸的突起中。所述至少一个突起被配置为将所述第一波导孔互连到所述电子元件。对于电子元件经由辐射元件互连到天线组件的变体，突起特别有益。在所述构造中，至少一个第一波导孔经由气隙互连到突起。从背部的背面突出的突起有利地被布置成与辐射元件一致。这允许信号经由突起从辐射元件传输到第一波导孔，这由于低损耗而言非常有效。

有利地，波导通道的至少一个水平部分可以包括脊，所述脊被配置为增加波导的有效表面。脊可以是有益的，因为其允许降低波导的横截面。脊可至少部分地位于波导主端口和/或波导通道分支附近。

从成本效益的生产角度来看，一个目标是实现可以仅使用最少数量的堆叠层(部件)来制造MIMO天线阵列的设计和技术。本文所描述的公开提供了设计包括最少两个堆叠层的天线组件的可能性，例如包括背部和前部。背部和前部可以沿着背部的正面和前部的背面互连。当至少一个波导通道至少部分地在背部的正面和/或前部的背面中延伸时，可以实现有利的结构。这同样适用于分路器和/或与分路器互连的波导通道分支。背部的正面和前部的背面不必基本上是平的。如果合适，前部和/或背部可以被骨架化以减少接触面。这是有利的，因为最小化的接触区域增加了接触区域的表面压力，并因此导致波导通道和/或分路器和/或第一波导通道分支区域和第二波导通道分支区域中的前部和背部更精确对准。通常，这两部分是被组装在一起，其中，背部的正面上的通道和前部的背面上的通道一致对齐。背部和/或前部可以通过至少一种塑料材料的注塑成型来制成。可替代地或附加地，背部和/或前部可以由金属和/或金属化塑料和/或在表面导电的任何其他材料制成。关于模制分型线和层分离，选择诸如高精度塑料注塑成型技术，如果需要，还选择金属化工艺和金属压铸。一旦两个天线层接合在一起，就需要高精度的模制分型线，以对电磁信号的传播具有最小的影响(即，最低的损耗和失配率)。在一种变体中，后部和/或前部由金属和/或金属化塑料和/或在表面导电的任何其他材料制成。波导组件和天线层的设计可以被优化为与各种连接技术兼容。在一种变体中，背部的正面和前部的背面基本上是平的。这可以是特别有利的，因为优选的连接技术可以包括钎焊、焊接、胶合(导电和非导电)、夹紧中的至少一种或其组合。在一种变体中，背部和前部沿着背部的正面和前部的背面互连。

天线组件可以包括紧固接口。天线组件的紧固接口优选地被设计为将整个天线装置安装至外部物体，例如汽车部件。所述天线组件可以包括通孔，所述通孔允许所述天线组件被螺纹连接到其他部件上。根据本公开，所述天线组件可预见地用于天线装置中。

天线组件的天线元件优选地满足以下电子要求：

·水平偏振，

·方位面(即水平面，水平偏振的电子平面)中的宽半功率波束宽度(HPBW高达±75°)，

·仰角平面(即垂直面，水平偏振的H平面)中的窄HPBW(低至±3)，

·主光束指向瞄准线。

应当理解，上文的一般性描述和下文的详细描述都提出了一些变体，旨在提供用于理解本公开的性质和特征的概述或框架。附图用于提供进一步的理解，包括附图是为了提供进一步的理解，并将其纳入说明书中并构成本说明书的一部分。附图示出了各种变体，并且与说明书一起用于解释所公开的概念的原理和操作。

因此，申请人保留对本申请通篇所述的折叠式分路器和喇叭的创造性概念进行分案专利申请的权利。

申请人进一步保留对不对称设置的漏斗、第二波导孔的开口的不同横截面以及多列阵列的创造性概念进行分案专利申请的权利。

附图简单说明

通过下文给出的详细描述和附图，可以更充分地理解本文所述的发明，这些附图不应被视为对所附权利要求书中所描述的发明的限制。附图如下：

图1根据本发明的天线装置的第一种变体的前上方透视图；

图2根据图1的天线装置的后上方透视图；

图3根据图1的天线装置的侧面视图；

图4根据图1的天线装置的透明前视图；

图5根据图1-4的天线组件的骨架化变体的上方透视和分解图；

图6根据图5的天线组件的后方透视和分解图；

图7根据本发明的天线组件的透视图；

图8根据图7的天线组件的波导通道的正面透视图；

图9根据图8的细节A；

图10波导分路器的第一种变体的上方剖面透视图；

图11波导分路器的第二种变体的上方剖面透视图；

图12-13分路器和阵列的第一种变体的上方透视图(图12)和后方透视图(图13)；

图14-15分路器和阵列的第二种变体的上方透视图(图14)和后方透视图(图15)；

图16-17分路器和阵列的第三种变体的上方透视图(图16)和后方透视图(图17)；

图18-19分路器和阵列的第四种变体的上方透视图(图18)和后方透视图(图19)；

图20-21分路器和阵列的第五种变体的上方透视图(图20)和后方透视图(图21)；

图22-23分路器和阵列的第六种变体的上方透视图(图22)和后方透视图(图23)；

图24-25具有支柱的天线组件的第一种变体的上方透视图(图24a-c)和第二种变体的分解图(图25)；

图26根据图1的天线装置的第二种变体的前上方透视图；

图27根据图26的天线装置的上方透视和分解图；

图28波导分路器的第三种变体的上方剖面透视图；

图29波导分路器的第四种变体的上方剖面透视图；

图30-31分路器和阵列的第七种变体的后上方透视图(图30)以及前方透视图(图31)；

图32-33分路器和阵列的第八种变体的后上方透视图(图32)以及前方透视图(图33)；

图34-35分路器和阵列的第九种变体的后上方透视图(图34)以及前方透视图(图35)；

图36-37分路器和阵列的第十种变体的后上方透视图(图36)以及前方透视图(图37)；

图38-39分路器和阵列的第十一种变体的后上方透视图(图38)以及前方透视图(图39)；

图40与折叠式喇叭互连的波导通道的远端的前上方剖面透视图；

图41根据图40的与折叠式喇叭互连的波导通道的远端的后上方剖面透视图；

图42分路器和具有非对称设置的漏斗腔的阵列的第十二种变体的侧视图；

图43具有非对称设置的漏斗腔的天线装置的辐射图的示意图；

图44分路器和阵列的第十三种变体的后上方透视图；

图45分路器和具有漏斗腔的阵列的第十四种变体的后上方透视图；

图46分路器和设计成多分支阵列的第十五种变体的后上方透视图；

图47分路器和设计成多分支阵列的第十六种变体的后上方透视图。

具体实施方式

现将详细参考某些实施例和变体，其示例在附图中示出，其中示出了一些但并非全部的特征。实际上，本文公开的实施例和变体可以通过多种不同的形式来实现，并且不应被解释为仅限于本文阐述的实施例和变体；相反，提供这些实施例是为了使本公开能够满足适用的法律要求。在可能的情况下，相似的附图标记将用于指代相似的组件或零件。

图1示出了根据本发明的天线装置1的第一种变型的前上方透视图。图2示出了根据图1的天线装置1的后上方透视图。图3示出了根据图1的天线装置1的侧视图。图4示出了根据图1的天线装置1的前视图，其中显示隐藏线来提供内部信息。图5示出了根据图1-4的天线组件的可替代的骨架化变体的上方透视部件分解图。图6示出了根据图1的天线装置1的后上方部件分解透视图。图7示出了根据本发明的天线组件6的前上方透视图。图8示出了根据图7布置在天线组件6内部的通常是充气波导通道9的正面透视图。图8示出了根据图7的波导通道9的正面。图9示出了图8的剖面A。图10示出了波导分路器19的第一种变体的剖面透视图，其中所示变体的波导通道9位于分路器19的主端口21的区域中，垂直于第一波导通道分支22和第二波导通道分支24布置。图11示出了波导分路器19的第二种变体的剖面图，其中所示变体的波导通道9位于分路器19的主端口21的区域中，平行于第一波导通道分支22和第二波导通道分支24布置。图12-13示出了开口13的阵列14和具有第一波导通道分支22和第二波导通道分支24的波导分路器19的第一种变体，其中分路器19以及第一波导通道分支22和第二波导通道分支24布置在天线组件6的后部7中。图14-15示出了开口13的阵列14和具有第一波导通道分支22和第二波导通道分支24的波导分路器19的第二种变体，其中开口13终止于一个漏斗28中。图16-17示出了开口13的阵列14和具有第一波导通道分支22和第二波导通道分支24的波导分路器19的第三种变体，其中分路器19以及第一波导通道分支22和第二波导通道分支24布置在天线组件6的前部8和后部7中。图18-19示出了开口13的阵列14和具有第一波导通道分支22和第二波导通道分支24的波导分路器19的第四种变体，其中分路器19以及第一波导通道分支22和第二波导通道分支24布置在天线组件6的前部8中。图20-21示出了开口13的阵列14和具有第一波导通道分支22和第二波导通道分支24的波导分路器19的第五种变体，其中开口13性对于彼此横向偏移地布置。图22-23示出了开口13的阵列14和具有第一波导通道分支22和第二波导通道分支24的波导分路器19的第六种变体，其中开口相对于彼此横向偏移地设置，且第一波导通道分支22和第二波导通道分支24包括脊34。图24a、b、c和图25示出了具有支柱的天线组件的第一种替代变体的上方透视图(图24a-c)和第二种变体的部件分解图(图25)。图26示出了根据图1的天线装置的第二种变体的前上方透视图，其具有喇叭状第二波导孔11。图27示出了根据图26的天线装置1的上方透视部件分解图，其具有喇叭状第二波导孔11。图28示出了波导分路器19的第三种变体的上方剖面透视图。图29示出了波导分路器19的第四种变体的上方剖面透视图。图30和31示出了分路器19和开口13的阵列14的第七种变体的后上方透视图(图30)和前方透视图(图31)，其中分路器19的级联布置在第一波导通道分支22和第二波导通道分支24与喇叭状第二波导孔11之间。图32和33示出了分路器19和开口13的阵列14的第八种变体的后上方透视图(图32)和前方透视图(图33)，其中开口13相对于第一波导通道分支22和第二波导通道分支24有角度偏移(α)。图34和35示出了分路器19和开口13的阵列14的第九种变体的后上方透视图(图34)和前方透视图(图35)。图36和37示出了分路器19和开口13的阵列14的第十种变体的后上方透视图(图36)和前方透视图(图37)。图38和39示出了分路器19和开口的阵列14的第十一种变体的后上方透视图(图38)和前方透视图(图39)，其中开口13终止于公共漏斗28。图40示出了与折叠式喇叭互连的波导通道9的远端的前上方剖面透视图。图41示出了根据图40与折叠式喇叭35互连的波导通道9的远端的后上方剖面透视图。图42示出了分路器19和具有非对称设置的漏斗28腔的阵列14的第十二种变体的侧视图。图43示出了具有非对称设置的漏斗28腔的天线装置1的辐射图案的示意图。图44示出了分路器19和开口的阵列14的第十三种变体的后上方透视图。图45示出了分路器19和具有漏斗28腔的开口的阵列14的第十四种变体的后上方透视图。图46示出了分路器19和设计成多分支阵列14的开口的阵列14的第十五种变体的后上方透视图。图47示出了分路器19和设计成多分支阵列14的阵列14的第十六种变体的后上方透视图。

如图1-4所示，所示的天线装置1包括印刷电路板(PCB)2，所述印刷电路板(PCB)2上布置有电子元件3。电子元件3通过传输线4和辐射元件5互连。每个辐射元件5通过后部第一波导孔10互连到布置在天线组件6中的天线元件12的相应波导通道9。在另一端，波导通道9终止在用于发送和接收信号的第二波导孔11中。通常用作MIMO天线的天线组件6，包括几个天线元件12。天线组件6优选地包括背部7和前部8，所述背部7和前部8可以例如由金属和/或金属化塑料和/或在表面导电的任何其他材料制成。用于每个天线元件12的辐射孔11，分别是第二波导孔11，在所示的变体中被实现在前部8中，而单独的天线元件12的馈电孔10，分别是第一波导孔10，被实现在背部7中。每个第一波导孔10(馈电波导孔10)用作各个天线元件12的输入。来自电子元件3(例如，安装在PCB板2上的雷达芯片)的射频信号被耦合到第一波导孔10中，并通过充气波导通道9和充气波导分路器19向相应的天线孔传播。每个波导通道9的路由被优化以允许射频信号的阻抗匹配和的低损耗传输，从而保持不同天线元件12之间的特定相位关系，并允许采用适当的制造工艺。每个波导通道9的横截面33被优化以保证背部7和前部8的高精度制造。第一波导孔10、波导通道9、波导分路器19和开口13的阵列14的壁通常是金属的或金属化的。如果合适，一些天线元件12可以仅用作发射器(TX)，并且一些元件可以仅用作接收器(RX)。每个辐射孔11由布置在上前部8的正面17中的开口13的阵列14组成。每个馈电元件包括布置在天线组件6的背部7的背面16中的馈电孔10。在所示的变体中，天线组件6的背部7包括从背部7的背面16突出的突起29，所述突起29被配置为将第一波导孔10互连到电子元件3。

图5-6示出了根据图1-4的天线组件的变体的上方透视图(图36)、后方透视图(图37)以及侧面透视图(图38)。天线组件6的所示变体的前部8和背部7被部分地骨架化。骨架化设计允许背部的正面15和前部的背面16沿着通道边界和周向边缘仅部分地互连。这导致前部8和背部7之间更好地配合。

如图7至图9所示，选择根据图7的所示变体以及所示变体中布置的多个天线元件12仅用于说明目的。在实际应用中，可以实现不同布置和不同数量的天线单元。从图7中可以清楚地看到，天线装置1的背部7和/或前部8是由塑料材料注塑制成的，背部7和/或前部8由金属和/或金属化塑料和/或在表面导电的任何其他材料制成。如图7所示，天线组件6的背部7和前部8沿着背部7的正面15和前部8的背面18相互连接，并且其中至少一个波导通道9至少部分地在背部7的正面15和/或前部8的背面18中延伸。

从图8和图9中可以清楚地看到，所示的变体包括波导通道9，波导通道9相对于第一波导孔10，在远端通过主端口21与分路器19互连。所示变体的分路器19被配置为将要发送的信号的功率分路到互连到分路器19的第一副端口23的第一波导通道分支22以及互连到分路器19的第二副端口25的第二波导通道分支24。图8和图9中所示变体的波导通道9在所述分路器19的主端口的区域中包括两个凹陷角，所述两个凹陷角彼此相对布置，并且被设计为偏转元件27。所示变体的偏转元件27被配置为扭曲电场的偏振。电场被所示的偏转元件27扭曲，使得电场基本上从水平方向扭曲90度到垂直方向，并实现阻抗匹配，其中水平方向基本上垂直于第一波导孔10和第二波导孔11，垂直方向基本上平行于第一波导孔10和第二波导孔11。

图8以积极方式示意性地示出了天线组件6内部的中空结构(即，基于空气填充波导的元件)。如图8所示，第一波导孔10和第二波导孔11相对于彼此横向偏移。进一步可以看出，波导通道9的长度大体上大于第一波导通道分支22的长度和第二波导通道分支24的长度的总和。如从图9中可以清楚地看到，所示的波导通道9至少包括一个基本上呈菱形的波导横截面33。在替代变体中，也可以使用下列元件组中的其他几何形状或其组合：矩形、菱形、椭圆、圆形，其中横截面33的主延伸方向基本上平行于第一波导孔10和第二波导孔11。所示变体的第一波导通道分支22和第二波导通道分支24各自包括至少一个辐射开口13，其中辐射开口13相对于中心线20共线设置。图9中所示开口13的数量仅用于说明目的，并且数量可以增加以调整立面(即，y-z平面)中的辐射图。可以增加任何额外的开口13，使得波导部分的水平位移以交错方式发生，换言之，如果一个波导部分在+x方向上位移，下一个波导部分将在-x方向上位移。

从图10和图11可以清楚地看到，第一波导通道分支22和第二波导通道分支24的两个所述变体相对于彼此同轴布置。如图10所示，所示变体的波导通道9在分路器19的主端口21的区域中平行于第一波导通道分支22和第二波导通道分支24布置。在图11所示的替代变体中，所示变体的波导通道9在分路器19的主端口21的区域中与第一波导通道分支22和第二波导通道分支24垂直。分路器可以包括缩颈26，其被配置为在第一波导通道分支22和第二波导通道分支24之间分配信号。从图10可以看出，在第一变体中，缩颈26设置在第一副端口23和第二副端口25之间的中心，其中信号功率在第一波导通道分支22和第二波导通道分支24之间平均分配。或者，缩颈也可以相对于第一副端口23和第二副端口25之间的中心偏移地布置，使得信号功率在第一波导通道分支22和第二波导通道分支24之间不相等地分配。根据图10和11的分路器19的两种变体都包括至少一个偏转元件27，所述偏转元件被配置为扭曲电场的偏振。根据图10的分路器19的偏转元件27被配置为使得第一波导通道分支22和第二波导通道分支24的偏振相等。根据图11的分路器19的偏转元件27被配置为使得第一波导通道分支22和第二波导通道分支24的偏振反转。如图10和11所示，至少一个偏转元件27布置在波导通道9和/或分路器19的内部和/或外部，并且包括以下元件组中的至少一个或其组合：台阶、凹槽、通道、凸起、凹陷角，其被设计为使得它们在波导通道9和/或分路器19的横截面的内部和/或外部突出。

图12-19示出了多种优选变体。这些图中所示的所有变体包括相对于彼此共线布置的开口。使开口13对齐是特别有利的，因为这允许实现对称图案并避免主辐射平面之外不需要的波瓣。这是通过本公开通过改变充气水平波导管的电场和电流分布来实现的。所有这些变体的交错设计产生了允许扭曲矩形波导9的标准电流分布的不连续性。所述位移被优化为在半导波长的距离处具有相位上的电流最大值并且在Y方向上对齐，这允许辐射开口13的直列放置。

图12-13示出了开口13的阵列14的第一种变体的上方透视图(图12)、后方透视图(图13)以及侧面透视图(图14)。图中示出了通过紧凑型波导分路器19对辐射开口13的阵列14的中心馈电，所述紧凑型波导分路器19基本上平行于第一波导通道分支22和第二波导通道分支24。所示变体的波导分路器19借助于缩颈将通过波导主端口21进入的垂直方向的信号平均分为两个水平方向的信号。分配信号通过第一副端口23和第二副端口25激发。借助于缩颈26，信号的第一部分进入第一波导通道分支22，且信号的第二部分进入第二波导通道分支24。图中示出了一种变体，其中每个辐射开口13耦合到单独的聚焦腔28。这种变体允许增大辐射孔的大小，对指向性(以及增益)有直接的正面影响。

图14-15中示出了开口13的阵列14的第二种变体的上方透视图(图18)、后方透视图(图19)以及侧面透视图(图20)。图中示出了通过基本上平行于第一波导通道分支22和第二波导通道分支24布置的紧凑型波导分路器19对辐射开口13的阵列14的中心馈电。借助于缩颈，所示变体的波导分路器19将通过波导主端口21进入的垂直定向的信号平均分成两个水平定向的信号。图中示出了一种变体，其中单个聚焦腔28被布置在辐射开口13上。这种变体允许增大辐射孔的大小，对指向性(以及增益)有直接的正面影响。

图16-17示出了开口13的阵列14的第三种变体的上方透视图(图24)、后方透视图(图25)和侧面透视图(图26)，并示出了由基本上垂直于第一波导通道分支22和第二波导通道分支24的紧凑型波导分路器19对辐射开口13的阵列14的中心馈电。借助于缩颈，所示变体的波导分路器19将通过波导主端口21进入的垂直定向的信号平均分成两个水平定向的信号。分配信号通过第一副端口23和第二副端口25激发。借助于缩颈26，信号的第一部分进入第一波导通道分支22，信号的第二部分进入第二波导通道分支24。

图18-19示出了开口13的阵列14的第四种变体的上方透视图(图27)、后方透视图(图28)和侧面透视图(图29)，并示出了由基本上平行于第一波导通道分支22和第二波导通道分支24的紧凑型波导分路器19对辐射开口13的阵列14的中心馈电。借助于缩颈26，所示变体的波导分路器19将通过波导主端口21进入的垂直定向的信号平均分成两个水平定向的信号。分配信号通过第一副端口23和第二副端口25激发。借助于缩颈26，信号的第一部分进入第一波导通道分支22，信号的第二部分进入第二波导通道分支24。

图20-21示出了开口13的阵列14的第五种变体的上方透视图(图30)、后方透视图(图31)和侧面透视图(图32)，示出了通过基本上垂直于第一波导通道分支22和第二波导通道分支24的紧凑型波导分路器19对辐射开口13的阵列14的中心馈电。借助于缩颈26，所示变体的波导分路器19将通过波导主端口21进入的垂直定向的信号平均分成两个水平定向的信号。分配信号通过第一副端口23和第二副端口25激发。借助于缩颈26，信号的第一部分进入第一波导通道分支22，信号的第二部分进入第二波导通道分支24。在所示的变体中，阵列14的开口相对于彼此和中心线20偏移地布置。

图22-23示出了开口的阵列的第六种变体的上方透视图(图33)、后方透视图(图34)以及侧面透视图(图35)。除脊34外，图33-35的变体与图20-21的变体基本相似。脊34被布置为能够增加第一通道分支22和第二通道分支24的表面积，因此波导通道分支的最终横截面33可以减小。在所示的变体中，辐射开口13的阵列14的中心馈电是由基本上垂直于第一波导通道分支22和第二波导通道分支24的紧凑型波导分路器19实现的。借助于缩颈，所示变体的波导分路器19将通过波导主端口21进入的垂直定向的信号平均分成两个水平定向的信号。分配信号通过第一副端口23和第二副端口25激发。借助于缩颈27，信号的第一部分进入第一波导通道分支22，信号的第二部分进入第二波导通道分支24。

图24a、b、c和图25示出了天线组件6的可选变体，其中背部7和/或前部8包括设置在背部15的正面或前部18的背面上的多个支柱30，这些支柱被配置为形成波导通道9并引导信号。在这种情况下，支柱30被布置为能够产生带隙结构，所述带隙结构被配置为补偿前部8和背部7之间潜在的制造和装配公差，因为它们之间不一定需要直接的欧姆接触。图24a、b、c和图25所示的所有变体包括围绕空心波导通道9的电磁带隙(EBG)结构。电磁带隙结构允许阻挡给定频率范围的电磁波，起到导电壁的作用，而不需要在实现波导结构的前部8和背部7之间具有直接和/或欧姆接触。它们通常通过形成周期性图案来实现，如PCB技术中的蘑菇或波导技术中的支柱30。

从图26和27中可以清楚地看到，天线组件6的第二种变体包括喇叭状第二波导孔11。与天线元件12互连的波导通道9通过后部第一波导孔10布置在天线组件6中。在另一端，波导通道9终止于用于发送和/或接收信号的第二波导孔11中。所示的天线组件6的变体通常用作MIMO天线，包括几个天线元件12。天线组件6优选地包括背部7和前部8，背部7和前部8可以例如由金属和/或金属化塑料和/或在表面导电的任何其他材料制成。每个天线元件12的辐射孔11，在所示变体中分别为喇叭状第二波导孔11，是在所示变体中在前部8中实现，而各个天线元件12的馈电孔10，分别为第一波导孔10，是在背部7中实现。每个波导通道9的路由被优化，以允许射频信号的阻抗匹配和低损耗传输，从而保持不同天线元件12之间的特定相位关系，并允许适当的制造工艺。每个波导通道9的横截面33被优化以保证背部7和前部8的高精度制造。第一波导孔10、波导通道9、波导分路器19和开口13的阵列14的壁通常是金属的或金属化的。如果合适，一些天线元件12可以仅用作发射器(TX)，而一些元件可以仅用作接收器(RX)。在所示变体中，天线组件6包括多个喇叭状第二波导孔11，其中几个天线元件12包括辐射孔，所述辐射孔被设计为布置在前上部8的正面17中的开口13的阵列14。其余的天线元件12包括开口13，开口13被设计成喇叭状第二波导孔11。每个馈电元件包括布置在天线组件6的背部7的背面16中的馈电孔10。如图27所示，扩口部分36被布置为邻近喇叭状第二波导孔11。如图27所示，扩口部分36被设计成基本上呈梯形的波导通道。

图28和29示出了波导分路器19的第三种(图28)和第四种(图29)变体。类似于根据图10和11的波导分路器19的第一和第二种变体，第三种和第四种变体各自包括至少一个偏转元件27，所述偏转元件27被配置为扭曲电场的偏振。分路器19的偏转元件27被配置为使得第一波导通道分支22和第二波导通道分支24的偏振相等。根据图28的分路器19的第四种变体的偏振扭曲是通过波导分路器19的主端口21与第一副端口23和第二副端口25之间的不同横截面实现的。

图30和31示出了开口13的阵列14的第七种变体的后上方透视图(图30)和前上方透视图(图31)。图中示出了通过基本上平行于第一波导通道分支22和第二波导通道分支24布置的紧凑型波导分路器19对辐射开口13的阵列14的中心馈电的变体。借助于两个设计为凹陷角的偏转元件27，所示变体的波导分路器19将通过波导主端口21进入的垂直定向信号平均分成两个水平定向信号。分配信号通过第一副端口23和第二副端口25激发。信号的第一部分进入第一波导通道分支22，信号的第二部分进入第二波导通道分支24。在所示的变体中，第一波导通道分支22和第二波导通道分支24各自包括多个附加的分路器19，所述分路器19将第一波导通道分支22和第二波导通道分支24与多个喇叭状第二波导孔11互连。多个分路器19相对于彼此共线设置。偏转元件27布置在第一波导通道分支22和第二波导通道分支24的远端和/或至少一个缩颈26。两个喇叭状第二波导孔11之间的振幅和相位关系可以通过设置在第一波导通道分支22和/或第二波导通道分支24和/或第二波导孔11上的缩颈26和偏转元件27来调谐。

图32和33示出了开口13的阵列14的第八种变体的后上方透视图(图32)和前上方透视图(图33)。所示变体与第七种变体的不同之处在于喇叭状第二波导孔11相对于分路器19有角度偏移(α)。角度偏移被配置为在相应的喇叭状第二波导孔11中引入偏振扭曲，从而改变辐射图案的偏振。当偏振由纯水平(0°)变为倾斜(±45°)或垂直(90°)偏振时，可获得良好的效果。所示变体被配置为将偏振变化引入到基本上45°的倾斜偏振。偏振被一系列偏转元件27扭曲，从而实现平稳转变。所示变体的优点在于，可以在没有附加天线层的情况下改变偏振。图34和35示出了开口13的阵列14的第九种变体的后上方透视图(图34)和前上方透视图(图35)。所示变体包括基本上平行于第一波导通道分支22和第二波导通道分支24布置的波导分路器19。除了波导分路器19之外，所示阵列还包括被设计为喇叭状第二波导孔的垂直分路器。

图36和37示出了开口13的阵列14的第十种变体的后上方透视图(图36)和前上方透视图(图37)。所示的阵列变体包括多个偏转元件27，这样偏转元件27被设计成将电场从垂直平面扭曲到水平平面，并且同时实现阻抗匹配。波导分路器19被设计成折叠电场以保持阻抗匹配。缩颈26设计成将信号分配至第一波导通道分支22和第二波导通道分支24。根据缩颈26的设计，可以实现第一波导通道分支22和第二波导通道分支24之间的非对称功率/相位分布。图38和39示出了开口13的阵列14的第十一种变体的后上方透视图(图38)和前上方透视图(图39)。所示的变体与第十种变体的不同之处在于聚焦腔28布置在阵列的顶部。

图40和图41示出了与折叠式喇叭35互连的波导通道9的远端的前上方剖面透视图(图40)和后上方剖面透视图(图41)。扩口部36被布置为邻近喇叭状第二波导孔11。所示的扩口部分36基本上垂直于波导通道9布置，并且至少一个开口13基本上平行于波导通道9布置。可替代地或附加地，如图40和41所示，喇叭状第二波导孔11可包括至少一个脊37。在所示的变体中，喇叭状第二波导孔11包括彼此相对布置的两个脊37。脊37被配置为在波导的中心部分引入传播模式的电延迟，这有助于进一步减小相位误差，并获得更高的指向性值。如图40和41所示，扩口部分37被设计为基本上呈梯形的波导通道。扩口部分36的至少一个壁通常相对于喇叭状第二波导孔11成角度地布置。扩口部分36的所示变体的扩口角(β)从水平面开始，这允许获得与已知喇叭相同的效率，但具有减小的高度。所示的凹陷角形式的偏转元件27引入电场的90°旋转。扩口部分36被设计为水平定向的波导。在所示的变体中，波导通道9的波导和/或喇叭状第二波导孔11被设计为垂直定向的波导。电场从波导通道9内的水平方向折叠到扩口部分36内的垂直方向，和/或从扩口部分36内的垂直方向折叠到开口13内的水平方向。偏转元件27可以设置在波导通道9和/或开口13处，使得电场可以被折叠。在接收信号的情况下，电场的方向反之亦然。

图42示出了分路器19以及具有非对称设置的漏斗28腔的开口的阵列14的第十二种变体的侧视图。可以看出，漏斗腔相对于辐射孔11是横向位移的。非对称设置的漏斗28腔在天线装置1的辐射特性中产生倾斜。横向位移的影响可以在图43中看到。图43所示的图示出了具有非对称设置的漏斗28腔的天线装置1的辐射图。在天线指向性中具有局部最大值可以帮助将天线能量集中在某些区域。倾斜图案有助于在雷达的给定区域内具有更大的范围。例如，在汽车应用中可以实现良好的效果，因为倾斜图案有可能使得局部范围更宽。因此，例如，天线装置1可以更早地检测到横向进入的汽车。

图44示出了分路器19和开口的阵列14的第十四种变体的后上方透视图。输出信号被分成两个信号，并馈送到第一波导通道分支22和第二波导通道分支24。两个波导通道分支22、24包括具有偏转元件的第一部分，所述偏转元件将偏振从水平方向改变为垂直方向。每个信号被进一步分成两个新的分支，每个分支包含辐射孔的两个阵列14。可以看出，开口13的横截面是不同的。阵列包括较小的开口40和较宽的开口41。阵列14包括具有不同横截面的开口13，使得每个开口13的辐射之间存在相位差。相位差引起阵列14的整个辐射图的倾斜。从图45中可以看出，分路器19和图44所示的开口的阵列14的第十四种变体也可以与非对称设置的漏斗28腔结合。漏斗可以横向位移不对称地布置，以获得如图43所示的效果。

图46和图47示出了具有多个分支阵列14的分路器19的两种变体。在需要更具指向性或更复杂的辐射图案的情况下，可用具有适当馈电网络的水平面中布置多个缝隙阵列14。图46示出了分路器19和设计为多个分支阵列14的开口的阵列14的第十五种变体的后上方透视图。阵列14的第一列38和第二列39被设置为共同网络，其中两列38、39被馈送以相等的振幅和相位以获得最大指向性。图47示出了分路器19和设计成多分支阵列14的阵列14的第十六种变体的后上方透视图。所示阵列14的第一列38和第二列39被布置成串行馈电网络。第二列39被馈送有相位移动，该相位移动产生光束倾斜和/或使指向性最大化。

相反，在说明书中使用的词语是描述性而非限制性词语，并且可以理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变。

附图标记列表

1天线装置

2印刷电路板(PCB)

3电子元件(芯片)

4传输线

5辐射元件(接收元件)

6天线组件

7背部(天线组件)

8前部(天线组件)

9波导通道(空心导电管)

10第一波导孔(馈入孔)

11第二波导孔(天线孔/辐射孔)

12天线元件(单独天线)

13开口(辐射孔)

14(开口的)阵列

15正面(背部)

16背面(背部)

17正面(前部)

18背面(前部)

19波导分路器(耦合器)

20中心线

21主端口(波导分路器)

22第一波导通道分支

23第一副端口(分路器)

24第二波导通道分支

25第二副端口(分路器)

26缩颈(隔膜)

27偏转元件(阻抗)

28漏斗(聚焦腔)

29突起

30支柱(销)

31紧固接口

32偏转元件

33波导横截面

34脊

35喇叭

36扩口部分

37脊(第二波导孔)

38第一列阵列

39第二列阵列

40更小的开口

41更大的开口

Claims (31)

1.一种天线装置(1)，包括：

a.印刷电路板(2)和在其上布置的电子元件(3)；

b.天线组件(6)，包括至少两个单独的天线元件(12)，所述天线元件(12)与所述电子元件(3)互连，被配置为发送和/或接收信号，其中

c.天线元件(12)，每个天线元件(12)包括在所述天线组件(6)中互连的至少一个波导通道(9)；

i.第一波导孔(10)，被布置在所述天线组件(6)的背面(16)，所述第一波导孔(10)被互连到所述电子元件(3)并被配置为发送和/或接收信号，以及

ii.第二波导孔(11)，被布置在所述天线组件(6)的正面(17)，被配备为发送和/或接收信号。

2.根据权利要求1所述的天线装置(1)，其中，相对于所述第一波导孔(10)，至少一个波导通道(9)在远端处通过主端口(21)互连到分路器(19)，其中所述分路器(19)被配置为将要发送的信号分配至：

a.第一波导通道分支(22)，其互连到所述分路器(19)的第一副端口(23)，以及

b.第二波导通道分支(24)，其互连到所述分路器(19)的第二副端口(25)。

3.根据权利要求2所述的天线装置(1)，其中，所述第一波导通道分支(22)和所述第二波导通道分支(24)相对于彼此同轴布置。

4.根据权利要求2至3中任一项所述的天线装置(1)，其中，所述分路器(19)包括缩颈(26)，所述缩颈被配置为在所述第一波导通道分支(22)和所述第二波导通道分支(24)之间划分所述信号。

5.根据权利要求4所述的天线装置(1)，其中，所述缩颈(26)是：

a.布置在所述第一副端口(23)和所述第二副端口(25)之间的中心，其中，所述信号功率在第一波导通道分支(22)和第二波导通道分支(24)之间被平均分配，或者

b.相对于所述第一副端口(23)和所述第二副端口(25)之间的中心偏移地布置，其中，所述信号功率在所述第一波导通道分支(22)和所述第二波导通道分支(24)之间被不相等地分配。

6.根据权利要求1至5中至少一项所述的天线装置(1)，其中，所述第二波导孔(11)呈喇叭状。

7.根据权利要求6所述的天线装置(1)，其中，扩口部分(36)被布置为邻近所述喇叭状第二波导孔(11)。

8.根据权利要求6或7所述的天线装置(1)，其中，所述扩口部分(36)被布置为基本上垂直于所述波导分路器(19)和/或所述波导通道(9)，和/或至少一个开口(13)被布置为基本上平行于所述波导分路器(19)和/或者所述波导通道(9)。

9.根据权利要求6至8中至少一项所述的天线装置(1)，其中，所述扩口部分(36)被设计为基本上呈梯形的波导通道，并且所述扩口部分(36)的至少一个壁被布置为相对于开口(13)呈角度(β)。

10.根据权利要求6至9中至少一项所述的天线装置(1)，其中，多个分路器(19)相对于彼此共线布置在所述第一波导通道分支(22)和所述第二波导通道分支(24)与多个喇叭状第二波导孔(11)之间。

11.根据权利要求10所述的天线装置(1)，其中，所述喇叭状第二波导孔(11)中的至少一个相对于所述分路器(19)角度偏移(α)，所述分路器(19)配置为在所述相应的喇叭状第二波导孔(11)中引入偏振扭曲，使得辐射图案的偏振被改变。

12.根据权利要求2至11中至少一项所述的天线装置(1)，其中，所述波导分路器(19)包括至少一个配置为扭曲所述电场的偏振的偏转元件(27)，使得：

a.所述第一波导通道分支(22)和所述第二波导通道分支(24)的偏振是相等偏振，或者

b.所述第一波导通道分支(22)和所述第二波导通道分支(24)的偏振是反转的。

13.根据权利要求12所述的天线装置(1)，其中，至少一个偏转元件(27)被配置为扭曲电场的偏振，使得电场基本上从水平方向扭曲90度到垂直方向，并且实现阻抗匹配。

14.根据权利要求12至13所述的天线装置(1)，其中，所述波导分路器(19)包括至少一个偏转元件(27)，所述偏转元件(27)被布置为邻近所述主端口(21)，配置为将电场偏振从水平方向扭曲90度至垂直方向，和所述波导分路器(19)包括至少一个偏转元件(27)，所述偏转元件(27)被布置为邻近所述第一副端口(23)和所述第二副端口(25)，配置为将所述偏振从所述垂直方向扭曲回所述水平方向。

15.根据权利要求12至14中至少一项所述的天线装置(1)，其中，所述至少一个偏转元件(27)基本上设置在波导通道(9)和/或分路器(19)内部，并且包括以下元件组中的至少一个或其组合：台阶、凹槽、通道、凸起、凹陷角，其被设计成使得它们在所述波导通道(9)和/或所述分路器(19)的横截面(35)的内部和/或外部突出。

16.根据权利要求12至15中至少一项所述的天线装置(1)，其中，所述波导通道(9)包括在所述分路器(19)的主端口的区域中的两个凹陷角，所述两个凹陷角彼此相对布置并且被设计为偏转元件(27)。

17.根据上述权利要求中至少一项所述的天线装置(1)，其中，所述波导通道(9)的长度大于所述第一波导通道分支(22)的长度和所述第二波导通道分支(24)的长度的总和。

18.根据上述权利要求中至少一项所述的天线装置(1)，其中，所述波导通道(9)包括以下元件组或其组合中的至少一个横截面(33)：矩形、菱形、椭圆、圆形，其中所述横截面(33)的主延伸方向基本上平行于所述第一波导孔(10)和所述第二波导孔(11)。

19.根据权利要求2至18中至少一项所述的天线装置(1)，其中，所述第一波导通道分支(22)和所述第二波导通道分支(24)中的每一个包括至少一个辐射开口(13)，其中所述辐射开口(13)被布置为相对于中心线(20)共线。

20.根据权利要求19所述的天线装置(1)，其中，所述第一波导通道分支(22)和所述第二波导通道分支(24)被交错设计，配置为改变所述场，使得所述第一波导通道分支(22)的所述至少一个辐射开口(13)和所述第二波导通道分支(24)的所述至少一个辐射开口(13)相对于彼此共线对准。

21.根据权利要求2至20中至少一项所述的天线装置(1)，其中，所述波导通道(9)和/或第一波导通道分支(22)和/或第二波导通道分支(24)包括脊(34)，所述脊(34)的形式为以下元件中的至少一个或其组合：通道、横向缩颈、纵向向内凸起，配置为扩大周向通道表面，从而使横截面(33)最小化。

22.根据权利要求19至21中至少一项所述的天线装置(1)，其中，所述第一波导通道分支(22)的至少一个辐射开口(13)和所述第二波导通道分支(24)的至少一个辐射开口(13)互连到至少一个漏斗(28)，其中所述漏斗(28)互连到第二波导孔(11)。

23.根据权利要求22所述的天线装置(1)，其中，所述至少一个漏斗(28)被布置在以非对称方式横向位移的所述第二波导孔(11)，以实现非对称辐射图案。

24.根据权利要求22所述的天线装置(1)，其中，所述第一波导通道分支(22)和所述第二波导通道分支(24)各自包括辐射开口(13)的两个阵列(14)，所述阵列(14)基本上相对于彼此平行设置，并互连到至少一个漏斗(28)。

25.根据权利要求24所述的天线装置(1)，其中，所述两个阵列(14)的辐射开口(13)具有改变的横截面以倾斜所述辐射图案。

26.根据权利要求24或25所述的天线装置(1)，其中，所述至少一个漏斗(28)相对于辐射开口(13)的两个阵列(14)横向偏移布置。

27.根据前述权利要求中至少一项所述的天线装置(1)，其中，至少一个突起(29)从背部(7)的背面(16)突出，配置为将第一波导孔(10)互连到电子元件(3)。

28.根据前述权利要求中至少一项所述的天线装置(1)，其中，所述背部(7)和/或所述前部(8)通过塑料材料的注塑成型而制成，所述背部(7)和/或所述前部(8)由金属和/或金属化塑料和/或在表面导电的任何其他材料制成。

29.根据前述权利要求中至少一项所述的天线装置(1)，其中，所述第一波导孔(10)和所述第二波导孔(11)相对于彼此横向偏移。

30.根据前述权利要求中至少一项所述的天线装置(1)，其中，所述天线组件(6)包括沿着背部(7)的正面(15)和前部(8)的背面(18)互连的背部(7)和前部(8)，并且其中至少一个波导通道(9)至少部分地在背部(7)的正面(15)和/或前部(8)的背面(18)中延伸。

31.根据权利要求26所述的天线装置(1)，其中，所述背部(7)和/或前部(8)包括布置在背部(15)的正面或前部(18)的背面上的多个支柱(30)，这些支柱(30)配置为形成波导通道(19)和/或分路器(19)和/或第一波导通道分支(22)和第二波导通道分支(24)的轮廓。