CN208368724U - 一种提高单天线fmcw雷达收发隔离度的天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种提高单天线FMCW雷达收发隔离度的天线，其包括第一电桥、第二电桥、贴片天线；其中，所述第一电桥与所述第二电桥相连接；所述第二电桥连接贴片天线；在所述第一电桥上设置所述提高单天线FMCW雷达收发隔离度的天线的接收端口及发射端口。本实用新型中，由180°电桥、90°电桥、贴片天线构成的高隔离天线结构可保证天线的总隔离度在73.2GHz‑79.9GHz的宽频带内保持‑25dB以下，提升了天线的收发隔离度。

Description

一种提高单天线FMCW雷达收发隔离度的天线

技术领域

本实用新型涉及一种高隔离天线，特别涉及一种提高单天线FMCW雷达收发隔离度的天线。

背景技术

早期的雷达技术以脉冲雷达技术为主，但是脉冲雷达技术具有明显的缺点：例如发射功率要求很大、收发需要开关切换、有探测盲区、体积庞大、容易被截获等等。而连续波(Continuous Wave，简称CW)雷达克服了这些缺点，其具有结构简单、尺寸小、功率低等优点，因而得到越来越广泛的应用。连续波雷达可以有多种调制方式，其中以调频连续波(frequency modulation Continuous Wave，简称FMCW)雷达的应用最为广泛。

然而，连续波雷达也存在以下缺点：第一，因为接收和发射同时工作，当接收和发射共用一个天线时，或接收和发射两个天线相距很近时，发射端的信号会泄露到接收端，而强泄露信号会使得接收机的灵敏度急剧恶化，甚至使得接收机前端器件达到饱和；第二，天线端口的不匹配会造成反射回波，这些反射回波进入到接收机中也会干扰接收机的灵敏度。这些是目前制约调频连续波(FMCW)雷达发展的主要因素。

参见图1A-图1D所示，在现有技术中，为了实现收发隔离，天线馈电网络系统通常采用的方案有：如图1A所示的3dB电桥方案；如图1B所示的环形器方案；如图1C所示的耦合器方案；如图1D所示的双天线方案。

在3dB电桥及耦合器实现的方案中，在目前一般的加工精度下，3dB电桥与耦合器只能在非常窄的带宽内达到-30dB的隔离度，并且需要在天线端口完全匹配到50欧姆的前提下才可实现。一般天线端口的反射回波大概在-20dB左右，因而总体发射-接收(Tx-Rx)的隔离度只能达到-20dB左右。另外，在3dB电桥及耦合器实现的方案中，都需要将50欧姆匹配负载端接到第四个不用的端口处。

在双天线方案中，接收和发射分别使用一支天线。从理论上来说，只要两支天线离的足够远，其隔离度可以做到很好；但是作为产品设计来说，2根天线势必需要双倍的空间；为了实现更远的通信距离，天线的尺寸都较大，2根天线势必将占据较大空间，使产品结构较为臃肿。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，在目前的工艺水平下进行天线设计，提升收发隔离度，本实用新型实施例提供了一种提高单天线FMCW雷达收发隔离度的高隔离天线，该技术方案如下：

一种高隔离天线，包括第一电桥、第二电桥、贴片天线；其中，所述第一电桥与所述第二电桥相连接；所述第二电桥连接贴片天线；在所述第一电桥上设置所述高隔离天线的接收端口及发射端口。

所述第一电桥及第二电桥皆具有4个端口；所述第一电桥为180°电桥；所述第二电桥为90°电桥。

所述第一电桥的第一端口为发射端口；所述第一电桥的第二端口连接所述第二电桥；所述第一电桥的第三端口为接收端口；所述第一电桥的第四端口接入匹配负载。

所述第二电桥的第一端口连接所述第一电桥；所述第二电桥的第二端口及所述第二电桥的第三端口通过两路馈线连接贴片天线；所述第二电桥的第四端口连接匹配负载。

在所述第二电桥及所述贴片天线之间存在匹配器。

连接所述第二电桥及所述贴片天线的两路馈线的天线阻抗相同；在连接所述第二电桥及所述贴片天线之间的两路馈线上采用通孔方式实现阻抗匹配，即在连接所述第二电桥及所述贴片天线之间的两路馈线上存在一个或多个通孔作为匹配器。

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：在本实用新型中，由180°电桥、90°电桥、贴片天线构成的高隔离天线可以保证总的收发隔离度在宽频带内保持-25dB以下，其中，宽频带为73.2GHz-79.96Hz，其中相对带宽8％。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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1A为现有技术中利用3dB电桥实现的天线馈电网络系统的示意图。

图1B为现有技术中利用环形器实现天线馈电网络系统的示意图。

图1C为现有技术中利用耦合器实现天线馈电网络系统的示意图。

图1D为现有技术中利用双天线实现天线馈电网络系统的示意图。

图2为本实用新型中高隔离天线的结构示意图。

图3为本实用新型中采用的90°电桥的原理示意图。

图4为本实用新型中采用的180°电桥的原理示意图。

图5为本实用新型中采用90°电桥构成无反射天线结构的原理示意图。

图6为本实用新型中在90°电桥和贴片天线之间采用通孔匹配的高隔离天线结构示意图。

其中包括，第一电桥21、第二电桥22、贴片天线23、匹配器24、第一电桥的第一端口211、第一电桥的第二端口212、第一电桥的第三端口213、第一电桥的第四端口214，第二电桥的第一端口221、第二电桥的第二端口222、第二电桥的第三端口223、第二电桥的第四端口224、90°电桥的第一端口31、第二端口32、第三端口33、第四端口34，180°电桥的第一端口41、第二端口42、第三端口43、第四端口44、90°电桥61、贴片天线62、通孔63。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型所涉及的高隔离天线2如图2所示：该高隔离天线2包括第一电桥21、第二电桥22、贴片天线23。其中，所述第一电桥21为180°电桥，所述第二电桥22为90°电桥；其中，所述180°电桥及所述90°电桥都具有四个端口。

参见图3所示，在本实用新型中应用到的90°电桥特性如下：90°电桥具有四个端口，其中，当一端作为输入端31、一端作为隔离端34，则其他两个端口可以输出相位相差90°的信号，即输入端的输入信号相位为0°时，两个输出端中一个输出端32的信号相位为-90°，另一个输出端33的信号相位为-180°，而输出端信号幅度相比输入端31的信号皆有-3dB的衰减。在90°电桥中，输入输出端口是可以互相置换的，如上述端口32及端口33也可以作为信号输入端口，而此时端口31即为输出端口。

参见图4所示，在本实用新型中应用到的180°电桥的特性如下：180°电桥具有四个端口，即第一端口41、第二端口42、第三端口43、第四端口44，上述四个端口中包括一个差分端口、一个和端口，而另外两个端口既可以作为输出端口也可以作为输入端口；信号由差分端口输入时，则两个输出端口的信号相位差180°；当信号由和端口输入时则两个输出端口的信号同相；当同时由两个输入端口输入信号，则在差分端口输出信号之差，和端口输出信号之和。能够清楚描述180°电桥特性的散射矩阵S如下：

继续参见图2所示，利用一个90°电桥即所述第二电桥22以及贴片天线23构成一种无反射天线结构，使得在贴片天线处不存在任何反射能量。所述第二电桥22的第一端口221连接所述第一电桥21的第二端口212，所述第二电桥22的第一端口221作为输入端口接收输入信号；所述第二电桥22的第二端口222及第三端口223通过两路馈线连接贴片天线23；所述第二电桥22的第四端口224连接匹配负载。

进一步，参见图5所示为采用90°电桥构成无反射天线结构的原理图，其中将所述第二电桥22的第一端口221作为输入端口，所述第一端口221的输入信号为a1，同时所述第一端口221处的反射波信号为b1；将第四端口54作为隔离端口，所述第四端口224连接匹配负载，所述第四端口224的输入信号a4为0，所述第四端口224的反射波信号为b4；所述第二电桥22的第二端口222的输出信号为b2，第二端口222接收到的反射波信号为a2；所述第二电桥22的第三端口223的输出信号为b3，第三端口223接收到的反射波信号为a3。通过90°电桥的S参数网络来计算第一端口221处的反射波信号b1：

在上式中，第二端口222及第三端口223的反射系数Γ是相同的，这是因为90°电桥的两路输出与贴片天线构成了完全对称的结构；第二端口222的。通过上述矩阵，我们可以的得到如下4个算式：

b1＝Γb2-jΓb3 (1)

b2＝a1 (2)

b3＝-ja1 (3)

b4＝Γb3-jΓb2 (4)

将上述4个算式中的第(2)式及第(3)式代入到第(1)式计算可得：

b1＝Γa1-jΓ(-ja1)＝0

由此可知在输入端口产生的回波b1＝0，同时所述第四端口224也无反射波信号，即b4＝0；可见在输入端口即所述第二电桥22的第一端口221不存在反射波能量，即理论上该天线结构不存在反射。

继续参见图2所示，为了使得接收端口以及发送端口可以共用一个天线结构，引入了一个180°电桥即第一电桥21，该180°电桥实现一环形器。所述第一电桥21的第一端口211为发射端口，所述第一端口211作为发射端可用于发射信号；所述第一电桥21的第三端口213为接收端口，所述第三端口213作为接收端可用于接收信号；所述发射端口及接收端口之间互相隔离；所述第一电桥21具有4个端口，除了发射端口及接收端口之外还剩余2个端口，其中，所述第一电桥21的第四端口214接入匹配负载，即所述第四端口214为匹配负载端口，所述第一电桥21的第二端口212连接所述第二电桥22的第一端口221，即接入上述由90°电桥及贴片天线所构成的无反射天线结构。在这种情况下，发射端到接收端的隔离度就完全取决于180°电桥即第一电桥21本身的隔离度，而不再受到天线端口反射的影响。上述由第一电桥21、第二电桥22、贴片天线23构成的天线可以保证总的隔离度在宽频带内保持-25dB以下，所述宽频带为73.2GHz-79.9GHz，其中相对带宽8％。

所述贴片天线23的阻抗匹配可以采用多种方式实现，可以根据实际需求设计和实现，只要保证连接90°电桥及天线的两路馈线的天线阻抗相同即可。优选地，可以利用通孔方式实现阻抗匹配。例如图6所示，在90°电桥61与所述贴片天线62之间连接的两路馈线可以采用通孔63进行阻抗匹配，即在90°电桥61与所述贴片天线62之间连接的两路馈线上存在一个或多个通孔63。

同时，根据实际应用及设计需求，所述贴片天线也可以替换为其他形式的天线器件。

对于前述的各装置实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的单元组合，但是本领域的技术人员应该知悉，本实用新型并不受所描述的单元组合的限制，因为根据本实用新型，某些单元可以采用其他单元执行；其次，本领域技术人员也应该知悉，上述装置实施例均属于优选实施例，所涉及的单元并不一定是本实用新型所必须的。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型实施例的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型实施例的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型实施例的保护范围，凡在本实用新型实施例的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型实施例的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种提高单天线FMCW雷达收发隔离度的天线，其特征在于：包括第一电桥、第二电桥、贴片天线；其中，所述第一电桥与所述第二电桥相连接；所述第二电桥连接贴片天线；在所述第一电桥上设置所述提高单天线FMCW雷达收发隔离度的天线的接收端口及发射端口。

2.根据权利要求1所述的提高单天线FMCW雷达收发隔离度的天线，其中，所述第一电桥及第二电桥皆具有4个端口。

3.根据权利要求2所述的提高单天线FMCW雷达收发隔离度的天线，其中，所述第一电桥为180°电桥。

4.根据权利要求2所述的提高单天线FMCW雷达收发隔离度的天线，其中，所述第二电桥为90°电桥。

5.根据权利要求3所述的提高单天线FMCW雷达收发隔离度的天线，其中，所述第一电桥的第一端口为发射端口；所述第一电桥的第二端口连接所述第二电桥；所述第一电桥的第三端口为接收端口；所述第一电桥的第四端口接入匹配负载。

6.根据权利要求4所述的提高单天线FMCW雷达收发隔离度的天线，其中，所述第二电桥的第一端口连接所述第一电桥；所述第二电桥的第二端口及所述第二电桥的第三端口通过两路馈线连接贴片天线；所述第二电桥的第四端口连接匹配负载。

7.根据权利要求6所述的提高单天线FMCW雷达收发隔离度的天线，其中，在所述第二电桥及所述贴片天线之间存在匹配器。

8.根据权利要求7所述的提高单天线FMCW雷达收发隔离度的天线，其中，所述匹配器为所述两路馈线上存在的一个或多个通孔。