CN117578074A - 一种天线系统及雷达设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种天线系统及雷达设备，包括电路板和圆极化波导天线，电路板包括介质主体、第一收发器、第二收发器以及转接结构，转接结构包括至少两个辐射片，第一收发器以及第二收发器分别通过馈线与不同的辐射片电连接；圆极化波导天线具有第一波导端口以及第二波导端口，第一波导端口通过辐射片与第一收发器电性耦合，第二波导端口通过辐射片与第二收发器电性耦合。通过圆极化波导天线的第一波导端口和第二波导端口分别通过不同的辐射片与第一收发器和第二收发器电性耦合；有效提取与对应时间发射信号相关的同极化接收信号特征信息及交叉极化接收信号特征信息，整体差错率低且信号隔离度高。

Description

一种天线系统及雷达设备

技术领域

本申请涉及天线技术领域，尤其涉及一种天线系统及雷达设备。

背景技术

近几年来，毫米波雷达传感器广泛应用于高级驾驶辅助系统和环境监测系统。得益于毫米波雷达的性能优势，可以对各场景下的探测目标在距离维、速度维和角度维上进行较高精度和灵敏度的检测。目前毫米波雷达通常为单线极化工作模式(水平或垂直)，即雷达只发射和接收一种线极化电磁波，通过雷达算法对信号进行解算，获得探测目标距离、相对速度等信息。

因此，需要对现有技术进行改进。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种天线系统及雷达设备。

根据本申请的一方面，本申请提供一种天线系统，包括：电路板，包括介质主体及设置于所述介质主体的第一收发器、第二收发器以及转接结构，所述转接结构包括至少两个辐射片，所述第一收发器以及所述第二收发器分别通过馈线与不同的所述辐射片电连接；以及圆极化波导天线，具有第一波导端口以及第二波导端口，所述第一波导端口通过所述辐射片与所述第一收发器电性耦合，所述第一收发器用于激励所述第一波导端口，所述第二波导端口通过辐射片与所述第二收发器电性耦合，所述第二收发器用于激励所述第二波导端口。

进一步地，所述天线系统具有第一方向以及第二方向，所述第一方向与所述第二方向相互垂直且均平行于所述介质主体；所述馈线沿所述第一方向延伸至与所述辐射片连接；所述馈线在所述第二方向上与所述辐射片错开。

可选地，所述馈线具有在所述第二方向上远离所述辐射片的第一侧边，所述辐射片具有在所述第二方向上靠近所述馈线的第二侧边，所述第一侧边与所述第二侧边在所述第二方向上的距离为dp，满足0.06㎜≤dp≤0.14㎜。

进一步地，所述辐射片在所述第一方向上的长度大于所述辐射片在所述第二方向上的长度。

进一步地，所述圆极化波导天线包括发射天线及接收天线，所述发射天线和所述接收天线的所述第一波导端口通过所述辐射片与所述第一收发器电性耦合，所述发射天线和所述接收天线的所述第二波导端口通过辐射片与所述第二收发器电性耦合。

进一步地，所述天线系统具有第一方向以及第二方向，所述第一方向与所述第二方向相互垂直且均平行于所述介质主体；所述接收天线设有四个，且在所述第二方向上间隔dx分布，所述发射天线设有三个，且在所述第二方向上依次间隔1.5dx和2.5dx，且中间所述发射天线在所述第一方向上与另外两个所述发射天线之间间隔dy；其中，dx为一个空气波长，dy为半个空气波长。

进一步地，所述圆极化波导天线具有方波导圆极化器及波纹喇叭，所述波纹喇叭连接在所述方波导圆极化器远离所述介质主体的一端。

进一步地，所述转接结构还包括包地结构，所述包地结构具有多个包地线以在相邻两个所述辐射片周侧配合围出隔离区。

进一步地，所述隔离区具有缺口，所述馈线通过所述缺口与所述隔离区内的所述辐射片连接，相邻两个所述隔离区的所述缺口呈对角设置。

进一步地，所述介质主体包括介质基层以及接地层，所述接地层与所述转接结构分别位于所述介质基层相背的两个表面。

进一步地，所述包地线通过金属通孔与所述接地层连接。

根据本申请的另一方面，提供一种雷达设备，包括前述任一所述的天线系统。

本申请的有益效果是：区别于现有技术，本申请提供一种天线系统及雷达设备。该天线系统通过圆极化波导天线的第一波导端口和第二波导端口分别通过不同的辐射片与第一收发器和第二收发器电性耦合；分时交替发射左旋圆极化电磁波和右旋圆极化电磁波，并通过各自的接收通道同时接收左旋圆极化电磁波和右旋圆极化电磁波，可以有效提取与对应时间发射信号相关的同极化接收信号特征信息及交叉极化接收信号特征信息(用于目标物体分类)，整体差错率低且信号隔离度高。

附图说明

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

图1是本申请实施例提供的一种天线系统的示意图。

图2是本申请实施例提供的电路板结构示意图。

图3是图2中A处一实施例的放大图。

图4是本申请实施例提供的一种圆极化波导天线底视图。

图5是图4中B处一实施例的放大图。

图6是本申请实施例提供的一种圆极化波导天线俯视图。

图7是图6中D处一实施例的放大图。

图8是图6中C-C处一实施例的剖视图。

图9是图8中E处一实施例的放大图。

图10是本申请实施例提供的一种天线系统局部剖视图。

图11是本申请实施例提供的转接结构的反射系数S11的仿真结果图。

10、电路板；11、介质主体；111、介质基层；112、接地层；12、第一收发器；13、第二收发器；14、转接结构；141、辐射片；1411、第二侧边；142、馈线；1421、第一侧边；143、包地结构；1431、包地线；1432、缺口；1433、金属通孔；

20、圆极化波导天线；21、第一波导端口；22、第二波导端口；23、发射天线；24、接收天线；25、方波导圆极化器；26、波纹喇叭。

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，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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。

下面将结合附图以及具体实施例对本申请中的天线系统及雷达设备做详细阐述。需要说明的是，以下实施例的描述顺序不作为对本申请实施例优选顺序的限定。且在以下实施例中，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，可以参见其它实施例的相关描述。

现有技术中，线极化雷达系统由于只测量后向散射信号，不考虑目标的集合形状和相对方向，因此在目标特征信息的提取上有较大局限性。诸如桥梁、栏杆以及一些交通标志等目标，它们对单线极化雷达具有非常低的雷达散射截面，可提取回波特征信息较少，在信号处理阶段的“假目标”概率较大，不利于各种物体的检测及分类。并且，线极化电磁波在雨雪天气中容易因折射、反射而导致极化偏转，接收效率降低，影响系统整体的链路质量。

本申请实施例提供一种天线系统及雷达设备，能够解决现有技术中接收效率低、差错率高的技术问题，分别进行详细说明。

参阅图2，图2是本申请实施例提供的电路板结构示意图。

在本实施例中，上述天线系统包括电路板10和圆极化波导天线20，在本实施例中，上述圆极化波导天线20通过主体部(图中未标出)与上述电路板10连接，如图1(图1是本申请实施例提供的一种天线系统的示意图)所示，两者的连接可以是螺钉或铆钉等别的形式的连接方式，这里不再赘述，在主体部与上述电路板10连接时，上述主体部与电路板10相对的面上设有凹槽，用于容置电路板10上的各个部件，如图4(图4是本申请实施例提供的一种圆极化波导天线底视图)所示，这里不再赘述；上述主体部为上述圆极化波导天线20的载体，至于主体部的材质和形状这里不做具体限定，满足圆极化波导天线20使用要求即可。

在本实施例中，上述电路板10包括介质主体11和设置在该介质主体11上的第一收发器12、第二收发器13和转接结构14，该转接结构14包括多个辐射片141，在本实施例中，上述辐射片141数量为偶数成对设置，上述第一收发器12和上述第二收发器13分别通过馈线142与不同的辐射片141电连接；上述圆极化波导天线20具有第一波导端口21和第二波导端口22，上述第一波导端口21通过上述辐射片141与上述第一收发器12电性耦合，上述第二波导端口22通过上述辐射片141与上述第二收发器13电性耦合，上述第一收发器12用于激励上述第一波导端口21，第二收发器13用于激励上述第二波导端口22。

需要说明的是，圆极化波导天线20的第一波导端口21和第二波导端口22分别通过不同的辐射片141与第一收发器12和第二收发器13电性耦合，在本实施例中，上述圆极化波导天线20包括三个发射天线23和四个接收天线24，且每个发射天线23和每个接收天线24均具有上述的第一波导端口21和第二波导端口22，如图5(图5是图4中B处一实施例的放大图)所示，即所有的发射天线23和接收天线24的第一波导端口21通过不同的辐射片141与上述第一收发器12电性耦合，所有的发射天线23和接收天线24的第二波导端口22通过不同的辐射片141与上述第二收发器13电性耦合；在本实施例中，上述第一波导端口21对应右旋圆极化电磁波，第二波导端口22对应左旋圆极化电磁波，通过第一收发器12和第二收发器13各自的三个发射通道(三个左旋和三个右旋)，分时交替发射左旋圆极化电磁波和右旋圆极化电磁波，并通过各自的四个接收通道同时接收左旋圆极化电磁波和右旋圆极化电磁波，可以有效提取与对应时间发射信号相关的同极化接收信号特征信息及交叉极化接收信号特征信息(用于目标物体分类)，整体差错率低且信号隔离度高，且每个通道带宽利用率高。

参阅图3，图3是图2中A处一实施例的放大图。

在一实施例中，上述天线系统具有第一方向(如图2中方向Y所示，下同)以及第二方向(如图2中方向X所示，下同)，上述第一方向和第二方向相互垂直且均平行于上述介质主体11；上述馈线142沿上述第一方向延伸至与上述辐射片141连接，且上述馈线142在上述第二方向上与上述辐射片141错开；能够改善辐射片141处的S11(回波损耗)性能，实现端口(即第一波导端口21和第二波导端口22，下同)与波导(即圆极化波导天线20，下同)之间的良好匹配。

进一步的，上述馈线142具有在上述第二方向上远离所述辐射片141的第一侧边1421，所述辐射片141具有在上述第二方向上靠近上述馈线142的第二侧边1411，上述第一侧边1421与上述第二侧边1411在上述第二方向上的距离为dp，满足0.06㎜≤dp≤0.14㎜。

需要说明的是，参阅图11(图11是本申请实施例提供的转接结构的反射系数S11的仿真结果图)，从图中可以明确可知，当dp＝0.1㎜时，S11性能最好，实现端口与波导之间的良好匹配。

请继续参阅图3，一实施例中，上述辐射片141在上述第一方向上的长度大于上述辐射片141在上述第二方向上的长度；通过馈线142与辐射片141的连接，实现微带信号与波导信号的耦合转换，同时，上述长度的设置能够保证较好的辐射阻抗特性，这里不再赘述。

参阅图图6和图7，图6是本申请实施例提供的一种圆极化波导天线俯视图，图7是图6中D处一实施例的放大图。

在一实施例中，上述四个接收天线24在上述第二方向上间隔dx分布，上述发射天线23在上述第二方向依次间隔1.5dx和2.5dx，中间的一个上述发射天线23在上述第一方向上与另外两个发射天线23之间间隔dy，其中，dx为一个空气波长，dy为半个空气波长；此设置，使得虚拟通道之间存在0.5dx，即0.5个空气波长，根据天线理论，可避免栅瓣。

参阅图8和图10，图8是图6中C-C处一实施例的剖视图，图10是本申请实施例提供的一种天线系统局部剖视图。

在一实施例中，上述圆极化波导天线20具有方波导圆极化器25及波纹喇叭26，在别的实施例中，也可以是圆波导圆极化器，这里不再赘述，波纹喇叭26增益高，反射小和频带宽，能够提升收发质量，在别的实施例还可以是别的形式的喇叭，不仅限于此。

参阅图3和图9，图9是图8中E处一实施例的放大图。

在一实施例中，上述转接结构14还包括包地结构143，该包地结构143具有多个包地线1431，该包地线1431在相邻的两个上述辐射片141周侧配合围出隔离区，需要说明的是，相邻的两个辐射片141即为同一个发射天线23或接收天线24对应的两个辐射片141；上述隔离区设有一缺口1432，上述馈线142通过该缺口1432与隔离区内的辐射片141连接，且相邻两个所述隔离区的所述缺口1432呈对角设置；布置包地结构143，能够减小串扰，保证发射的左旋圆极化电磁波和右旋圆极化电磁波的稳定，且进一步设置缺口1432，缺口1432对角设置，距离最远，能够最大限度降低彼此之间的影响。

需要说明的是，在本实施例中，从附图9中能够明确得出，圆极化波导天线20的隔板在介质主体11上的投影落在一个包地线1431上，此设置最大限度减小串扰。

请继续参阅图3和图9，在一实施例中，上述介质主体11包括介质基层111以及接地层112，上述接地层112和上述转接结构14分别设置在上述介质基层111相背的两个表面，且上述包地线1431通过金属通孔1433与上述接地层112连接，实现接地，保证使用的安全性；需要说明的是，在别的实施例中，上述介质基层111可以是多层层叠设置，这里不再赘述。

另一方面，本申请还包括一雷达设备，包含前述任一实施例中的天线系统。

因此，采用本申请实施例提供的一种天线系统及雷达设备，能够分时交替发射左旋圆极化电磁波和右旋圆极化电磁波，并通过各自的接收通道同时接收左旋圆极化电磁波和右旋圆极化电磁波，可以有效提取与对应时间发射信号相关的同极化接收信号特征信息及交叉极化接收信号特征信息(用于目标物体分类)，整体差错率低且信号隔离度高。

在本申请的各个实施例中，如果没有特殊说明以及逻辑冲突，不同的实施例之间的术语或描述具有一致性、且可以相互引用，不同的实施例中的技术特征根据其内在的逻辑关系可以组合形成新的实施例。本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。

可以理解的是，在本申请的实施例中涉及的各种数字编号仅为描述方便进行的区分，并不用来限制本申请的实施例的范围。上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定。

以上对本申请实施例所提供的天线系统及雷达设备.进行了详细介绍，本文中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天线系统及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (12)

1.一种天线系统，其特征在于，包括：

电路板(10)，包括介质主体(11)及设置于所述介质主体(11)的第一收发器(12)、第二收发器(13)以及转接结构(14)，所述转接结构(14)包括至少两个辐射片(141)，所述第一收发器(12)以及所述第二收发器(13)分别通过馈线(142)与不同的所述辐射片(141)电连接；以及

圆极化波导天线(20)，具有第一波导端口(21)以及第二波导端口(22)，所述第一波导端口(21)通过所述辐射片(141)与所述第一收发器(12)电性耦合，所述第一收发器(12)用于激励所述第一波导端口(21)，所述第二波导端口(22)通过辐射片(141)与所述第二收发器(13)电性耦合，所述第二收发器(13)用于激励所述第二波导端口(22)。

2.如权利要求1所述的天线系统，其特征在于，

所述天线系统具有第一方向以及第二方向，所述第一方向与所述第二方向相互垂直且均平行于所述介质主体(11)；

所述馈线(142)沿所述第一方向延伸至与所述辐射片(141)连接；所述馈线(142)在所述第二方向上与所述辐射片(141)错开。

3.如权利要求2所述的天线系统，其特征在于，

所述馈线(142)具有在所述第二方向上远离所述辐射片(141)的第一侧边(1421)，所述辐射片(141)具有在所述第二方向上靠近所述馈线(142)的第二侧边(1411)，所述第一侧边(1421)与所述第二侧边(1411)在所述第二方向上的距离为dp，满足0.06㎜≤dp≤0.14㎜。

4.如权利要求2所述的天线系统，其特征在于，

所述辐射片(141)在所述第一方向上的长度大于所述辐射片(141)在所述第二方向上的长度。

5.如权利要求1所述的天线系统，其特征在于，

所述圆极化波导天线(20)包括发射天线(23)及接收天线(24)，所述发射天线(23)和所述接收天线(24)的所述第一波导端口(21)通过所述辐射片(141)与所述第一收发器(12)电性耦合，所述发射天线(23)和所述接收天线(24)的所述第二波导端口(22)通过辐射片(141)与所述第二收发器(13)电性耦合。

6.如权利要求5所述的天线系统，其特征在于，

所述天线系统具有第一方向以及第二方向，所述第一方向与所述第二方向相互垂直且均平行于所述介质主体(11)；

所述接收天线(24)设有四个，且在所述第二方向上间隔dx分布，所述发射天线(23)设有三个，且在所述第二方向上依次间隔1.5dx和2.5dx，且中间所述发射天线(23)在所述第一方向上与另外两个所述发射天线(23)之间间隔dy；其中，dx为一个空气波长，dy为半个空气波长。

7.如权利要求1所述的天线系统，其特征在于，

所述圆极化波导天线(20)具有方波导圆极化器(25)及波纹喇叭(26)，所述波纹喇叭(26)连接在所述方波导圆极化器(25)远离所述介质主体(11)的一端。

8.如权利要求1所述的天线系统，其特征在于，

所述转接结构(14)还包括包地结构(143)，所述包地结构(143)具有多个包地线(1431)以在相邻两个所述辐射片(141)周侧配合围出隔离区。

9.如权利要求8所述的天线系统，其特征在于，

所述隔离区具有缺口(1432)，所述馈线(142)通过所述缺口(1432)与所述隔离区内的所述辐射片(141)连接，相邻两个所述隔离区的所述缺口(1432)呈对角设置。

10.如权利要求8所述的天线系统，其特征在于，

所述介质主体(11)包括介质基层(111)以及接地层(112)，所述接地层(112)与所述转接结构(14)分别位于所述介质基层(111)相背的两个表面。

11.如权利要求10所述的天线系统，其特征在于，

所述包地线(1431)通过金属通孔(1433)与所述接地层(112)连接。

12.一种雷达设备，其特征在于，包括如权利要求1至11中任意一项所述的天线系统。