CN208507941U - 一种pcb天线及毫米波雷达 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种PCB天线及毫米波雷达，PCB天线包括：金属地板、高频介质板和预设数量的传输‑辐射单元，预设数量根据PCB天线所在主设备的系统增益确定，每个传输‑辐射单元包括连接在一起的微带传输线和辐射单元；金属地板位于高频介质板的底部，所有传输‑辐射单元位于高频介质板的顶部，且沿微带传输线所在直线串联连接，微带传输线和辐射单元交替出现，每个辐射单元呈凸六边形且关于微带传输线所在直线对称，凸六边形的其中两边与微带传输线所在直线平行。与现有技术相比，本实用新型所公开PCB天线减小了辐射单元与微带传输线之间的非线性互扰，提升了PCB天线的量产一致性。
Description
技术领域
本实用新型涉及天线技术领域，更具体的说，涉及一种PCB天线及毫米波雷达。
背景技术
近年来，ADAS(Advanced Driver Assistant Systems，高级驾驶辅助系统)作为一种车载主动安全技术，由于其可以将许多意外交通事故防患于未然，受到世界各国的重视。ADAS系统是基于车辆上的各种传感器获取周围环境信息，基于导航系统获取地图数据，然后进行运算和分析，让驾驶者提前获知可能遇到的危险，进而提高车辆行驶的舒适性和安全性。因此，对于ADAS系统来说，识别车辆周围的障碍物信息就显得尤为重要。而毫米波雷达由于具有大带宽、穿透能力强、良好的抗隐身性能等特点，逐渐成为ADAS系统中用于识别障碍物信息的标配传感器。
目前，毫米波雷达识别障碍物信息的过程中，是通过PCB(Printed CircuitBoard，印刷电路板)天线实现其发射和接收功能的。其中，现有技术中PCB天线包括多个传输-辐射单元，每个传输-辐射单元中的辐射单元采用的是矩形设计且和其中的微带传输线连接。
现有PCB天线具有如下问题：现有PCB天线中辐射单元与微带传输线之间存在较大的非线性互扰，导致不同频率下相位偏移量差异较大、方向图的主瓣指向性差异较大且辐射单元的阻抗频率宽度较小，进而导致随着传输-辐射单元数量的增加，天线工作带宽随之下降较多，这将使得毫米波雷达等主设备为满足工作带宽不得不减少PCB天线中传输-辐射单元的数量，天线增益小，探测距离近。另外，传统辐射单元与微带传输线之间的设计夹角为90°，实际PCB天线生产中这种直角工艺的工艺误差较大，导致所生产的PCB天线性能差异较大，进而影响量产一致性。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型实施例公开一种PCB天线及毫米波雷达，以减小辐射单元与微带传输线之间的非线性互扰，使得使用PCB天线的毫米波雷达等主设备在满足工作带宽时天线增益大，探测距离远；同时，提升PCB天线的量产一致性。
本实用新型实施例公开一种PCB天线，包括：金属地板、高频介质板和预设数量的传输-辐射单元，所述预设数量根据所述PCB天线所在主设备的系统增益确定，每个所述传输-辐射单元包括连接在一起的微带传输线和辐射单元；其中，所述金属地板位于所述高频介质板的底部，所有所述传输-辐射单元位于所述高频介质板的顶部，且沿所述微带传输线所在直线串联连接，所述微带传输线和所述辐射单元交替出现，每个所述辐射单元呈凸六边形且关于所述微带传输线所在直线对称，所述凸六边形的其中两边与所述微带传输线所在直线平行。
可选地，在本实用新型实施例的一种具体实施方式中，每个所述微带传输线的相同位置上开设有凹槽，所述凹槽靠近与所述微带传输线属于同一所述传输-辐射单元的所述辐射单元。
可选地，在本实用新型实施例的一种具体实施方式中，所述凸六边形中与所述微带传输线所在直线相邻的四条边为直线或弧线。
可选地，在本实用新型实施例的一种具体实施方式中，所述主设备为中心频率为79GHz的毫米波雷达，所述高频介质板的相对介电常数为3，损耗角正切值为0.0013，厚度选取为5mil。
可选地，在本实用新型实施例的一种具体实施方式中，所述预设数量为6个。
可选地，在本实用新型实施例的一种具体实施方式中，所述微带传输线的宽度和长度分别为0.1mm和1.98mm。
可选地，在本实用新型实施例的一种具体实施方式中，所述凸六边形中与所述微带传输线所在直线平行的两边的长度为1.035mm，所述凸六边形中与所述微带传输线所在直线相邻的四条边的长度为0.7566mm，所述凸六边形中与所述微带传输线所在直线平行的两边之间的垂直距离为1.4mm。
可选地，在本实用新型实施例的一种具体实施方式中，还包括：匹配微带线，所述匹配微带线设置在位于信号输入端的所述传输-辐射单元中所述微带传输线的输入端上，所述匹配微带线位于所述高频介质板的顶部。
可选地，在本实用新型实施例的一种具体实施方式中，所述匹配微带线的宽度和长度分别为0.4mm和0.62mm。
本实用新型实施例还公开一种毫米波雷达，包括上述任意一项实施例所述的PCB天线。
从上述的技术方案可知，本实用新型实施例公开了一种PCB天线及毫米波雷达，该PCB天线包括：金属地板、高频介质板和预设数量的传输-辐射单元，预设数量根据PCB天线所在主设备的系统增益确定，每个传输-辐射单元包括连接在一起的微带传输线和辐射单元；其中，金属地板位于高频介质板的底部，所有传输-辐射单元位于高频介质板的顶部，且沿微带传输线所在直线串联连接，微带传输线和辐射单元交替出现，每个辐射单元呈凸六边形且关于微带传输线所在直线对称，凸六边形的其中两边与微带传输线所在直线平行。本实用新型实施例所公开PCB天线中的辐射单元呈凸六边形且关于微带传输线所在直线对称，凸六边形的其中两边与微带传输线所在直线平行，这减小了辐射单元与微带传输线之间的非线性互扰。因此，与现有技术相比，同样数量的传输-辐射单元本实用新型实施例所公开PCB天线的工作带宽较大，使得毫米波雷达等主设备在满足工作带宽时能够在本实用新型实施例所公开PCB天线中串联数量更多的传输-辐射单元，天线增益大，探测距离远。同时，由于本实用新型实施例所公开PCB天线采用凸形辐射单元，辐射单元与微带传输线之间的设计夹角大于90°，所以实际PCB天线生产中的工艺误差较小，所生产的PCB天线性能差异也较小，这提升了PCB天线的量产一致性。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，还可以根据公开的附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例公开的一种PCB天线的结构示意图；
图2为本实用新型实施例公开的另一种PCB天线的结构示意图。
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。
本实用新型实施例公开一种PCB天线及毫米波雷达，以减小辐射单元与微带传输线之间的非线性互扰，使得使用PCB天线的毫米波雷达等主设备在满足工作带宽时天线增益大，探测距离远；同时，提升PCB天线的量产一致性。
参见图1，为本实用新型实施例公开的一种PCB天线的结构示意图。如图1所示，本实用新型实施例公开的一种PCB天线包括：
金属地板11、高频介质板12和预设数量的传输-辐射单元13，每个传输-辐射单元13包括连接在一起的微带传输线131和辐射单元132。其中，这里的预设数量根据PCB天线所在主设备的系统增益确定。例如，对于中心频率为79GHz、工作带宽为77～81GHz的毫米波雷达(即PCB天线所在主设备)来说，在使用本实用新型实施例中的PCB天线时，为满足工作带宽能够使用的传输-辐射单元的数量最多为10个，则可根据系统增益将预设数量确定为4～10中的某一数量，如图1中PCB天线中的传输-辐射单元13数量为6个。
如图1所示，金属地板11位于高频介质板12的底部，所有传输-辐射单元13位于高频介质板12的顶部，且沿微带传输线131所在直线串联连接，微带传输线131和辐射单元132交替出现，每个辐射单元132呈凸六边形且关于微带传输线131所在直线对称，凸六边形的其中两边与微带传输线131所在直线平行。其中，这里的微带传输线131所在直线是指所有微带传输线所共有的中心线。另外，需要说明的是，图1中凸六边形中与微带传输线131所在直线相邻的四条边为直线，而在实际应用中，凸六边形中与微带传输线131所在直线相邻的四条边也可以为弧线。
本实用新型实施例所公开PCB天线中的辐射单元呈凸六边形且关于微带传输线所在直线对称，凸六边形的其中两边与微带传输线所在直线平行，这减小了辐射单元与微带传输线之间的非线性互扰。因此，与现有技术相比，同样数量的传输-辐射单元本实用新型实施例所公开PCB天线的工作带宽较大，使得毫米波雷达等主设备在满足工作带宽时能够在本实用新型实施例所公开PCB天线中串联数量更多的传输-辐射单元，天线增益大，探测距离远。同时，由于本实用新型实施例所公开PCB天线采用凸形辐射单元，辐射单元与微带传输线之间的设计夹角大于90°，所以实际PCB天线生产中的工艺误差较小，所生产的PCB天线性能差异也较小，这提升了PCB天线的量产一致性。
可选地，在本实用新型实施例的一种具体实施方式中，主设备为中心频率为79GHz的毫米波雷达，高频介质板12的相对介电常数为3，损耗角正切值为0.0013，厚度选取为5mil。其中，中心频率为79GHz的毫米波雷达通常指工作带宽为77～81GHz的毫米波雷达。
可选地，在本实用新型实施例的一种具体实施方式中，预设数量为6个。其中，预设数量根据主设备的系统增益确定。例如，对于中心频率为79GHz、工作带宽为77～81GHz的毫米波雷达，毫米波雷达的系统增益不同时，预设数量也可以为其他数量，如可以是4个、10个等。
可选地，在本实用新型实施例的一种具体实施方式中，微带传输线131的宽度和长度分别为0.1mm和1.98mm。
可选地，在本实用新型实施例的一种具体实施方式中，凸六边形中与微带传输线131所在直线平行的两边的长度为1.035mm，凸六边形中与微带传输线131所在直线相邻的四条边的长度为0.7566mm，凸六边形中与微带传输线131所在直线平行的两边之间的垂直距离为1.4mm。其中，微带传输线131的宽度和长度、凸六边形中与微带传输线131所在直线平行的两边的长度、凸六边形中与微带传输线131所在直线相邻的四条边的长度、凸六边形中与微带传输线131所在直线平行的两边之间的垂直距离等参数根据每个传输.辐射单元13的阻抗、每个传输-辐射单元13在主设备中心频率处引起的传输相位差、以及主设备的中心频率所决定。具体地，辐射单元132的长度由主设备的中心频率所决定，其他参数由每个传输-辐射单元13的阻抗、每个传输-辐射单元13在主设备中心频率处引起的传输相位差、以及主设备的中心频率共同决定。例如，在毫米波雷达的中心频率为79GHz，每个周期在毫米波雷达的中心频率处引起的传输相位差为360°，每个周期的阻抗为36Ω时，相应的各参数可以为：凸六边形中与微带传输线131所在直线平行的两边的长度为1.035mm，凸六边形中与微带传输线131所在直线相邻的四条边的长度为0.7566mm，凸六边形中与微带传输线131所在直线平行的两边之间的垂直距离为1.4mm。在实际使用中，根据毫米波雷达的性能需求，可调整微带传输线131的宽度和长度、凸六边形中与微带传输线131所在直线平行的两边的长度、凸六边形中与微带传输线131所在直线相邻的四条边的长度、凸六边形中与微带传输线131所在直线平行的两边之间的垂直距离等参数。
如图2所示，在本实用新型实施例的一种具体实施方式中，在图1所示实施例基础上，本实用新型实施例中的PCB天线还可以包括：匹配微带线14，匹配微带线设置在位于信号输入端的传输-辐射单元13中微带传输线131的输入端上，匹配微带线14位于高频介质板12的顶部。其中，匹配微带线14的设置提升了PCB天线的工作性能。
可选地，在本实用新型实施例的一种具体实施方式中，匹配微带线14的宽度和长度分别为0.4mm和0.62mm。其中，匹配微带线14的宽度和长度根据输入源的阻抗以及所有传输-辐射单元13的阻抗共同决定。根据实际需求不同，匹配微带线14的宽度和长度也可以为其他数值，例如匹配微带线14的宽度和长度分别为0.41mm和0.61mm。
此外，如图2所示，在图1所示实施例基础上，在本实用新型实施例的一种具体实施方式中，每个微带传输线131的相同位置上开设有凹槽15，凹槽15靠近与微带传输线131属于同一传输-辐射单元13的辐射单元132。在微带传输线131上开设凹槽，可以降低传输-辐射单元13对不同频率下方向图的主瓣指向性差异的影响，进一步提升PCB天线的方向图一致性，使得辐射单元与微带传输线之间的非线性互扰减小，PCB天线的频率一致性较好。
如图1所示，本实用新型实施例的PCB天线在实际使用时，信号由位于最左端的微带传输线131一端馈入，再经位于最左端的微带传输线131进入与其连接的辐射单元132，再经该辐射单元132进入与该辐射单元132连接的下一微带传输线131，以此类推，微带传输线131负责信号传递，辐射单元132负责信号辐射或接收，形成串联PCB阵列天线，实现主设备中信号的发射和接收功能。如图2所示，在PCB天线上设置有匹配微带线14时，信号由匹配微带线14的一端馈入，经匹配微带线14进入与匹配微带线14另一端连接的微带传输线131，再经该微带传输线131进入与其连接的辐射单元132，再经该辐射单元132进入与该辐射单元132连接的下一微带传输线131，以此类推，微带传输线131负责信号传递，辐射单元132负责信号辐射或接收，形成串联PCB阵列天线，实现主设备中信号的发射和接收功能。
实验结果显示：与现有技术相比，本实用新型实施例所公开的PCB天线在不同频率下相位偏移量差异和方向图的主瓣指向性差异均较小，减小了辐射单元与微带传输线之间的非线性互扰。例如，对于中心频率为79GHz、工作带宽为77～81GHz的毫米波雷达，在高频介质板12的相对介电常数为3，损耗角正切值为0.0013，厚度选取为5mil，微带传输线131的宽度和长度分别为0.1mm和1.98mm，凸六边形中与微带传输线131所在直线平行的两边的长度为1.035mm，凸六边形中与微带传输线131所在直线相邻的四条边的长度为0.7566mm，凸六边形中与微带传输线131所在直线平行的两边之间的垂直距离为1.4mm时，与传统微带传输线与矩形辐射单元组成的传输-辐射单元相比，本实用新型实施例中每个传输-辐射单元13的传输相位偏移量差异由30.8°变小为28.1°；方向图的主瓣指向性差异有±5°缩小为±3°，整体减小了辐射单元与微带传输线之间的非线性互扰。
与上述实施例相对应，本实用新型实施例还公开了一种毫米波雷达，该毫米波雷达包括上述实施例中的PCB天线。在实际应用中，毫米波雷达可以包括一个或是多个PCB天线，毫米波雷达所包括的PCB天线的数量具体依据实际需要而定，本实用新型实施例在此不做限定。
本实用新型实施例中的毫米波雷达，在满足工作带宽时能够在PCB天线中串联数量更多的传输-辐射单元，天线增益大，探测距离远。解决了现有技术中为了满足毫米波雷达识别行人、自行车等小型障碍物的需求，PCB天线中采用传输-辐射单元的数量较少，造成毫米波雷达的探测距离较小的问题。此外，由于本实用新型实施例毫米波雷达中所使用PCB天线采用凸形辐射单元，辐射单元与微带传输线之间的设计夹角大于90°，所以实际PCB天线生产中的工艺误差较小，所生产的PCB天线性能差异也较小，这提升了PCB天线的量产一致性，进而提升了雷达稳定度。
最后，还需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种PCB天线，其特征在于，包括：金属地板、高频介质板和预设数量的传输-辐射单元，所述预设数量根据所述PCB天线所在主设备的工作带宽确定，每个所述传输-辐射单元包括连接在一起的微带传输线和辐射单元；其中，所述金属地板位于所述高频介质板的底部，所有所述传输-辐射单元位于所述高频介质板的顶部，且沿所述微带传输线所在直线串联连接，所述微带传输线和所述辐射单元交替出现，每个所述辐射单元呈凸六边形且关于所述微带传输线所在直线对称，所述凸六边形的其中两边与所述微带传输线所在直线平行。
2.根据权利要求1所述的PCB天线，其特征在于，每个所述微带传输线的相同位置上开设有凹槽，所述凹槽靠近与所述微带传输线属于同一所述传输-辐射单元的所述辐射单元。
3.根据权利要求1所述的PCB天线，其特征在于，所述凸六边形中与所述微带传输线所在直线相邻的四条边为直线或弧线。
4.根据权利要求1所述的PCB天线，其特征在于，所述主设备为中心频率为79GHz的毫米波雷达，所述高频介质板的相对介电常数为3，损耗角正切值为0.0013，厚度选取为5mil。
5.根据权利要求1所述的PCB天线，其特征在于，所述预设数量为6个。
6.根据权利要求1所述的PCB天线，其特征在于，所述微带传输线的宽度和长度分别为0.1mm和1.98mm。
7.根据权利要求1所述的PCB天线，其特征在于，所述凸六边形中与所述微带传输线所在直线平行的两边的长度为1.035mm，所述凸六边形中与所述微带传输线所在直线相邻的四条边的长度为0.7566mm，所述凸六边形中与所述微带传输线所在直线平行的两边之间的垂直距离为1.4mm。
8.根据权利要求1～7任一项所述的PCB天线，其特征在于，还包括：匹配微带线，所述匹配微带线设置在位于信号输入端的所述传输-辐射单元中所述微带传输线的输入端上，所述匹配微带线位于所述高频介质板的顶部。
9.根据权利要求8所述的PCB天线，其特征在于，所述匹配微带线的宽度和长度分别为0.4mm和0.62mm。
10.一种毫米波雷达，其特征在于，包括权利要求1～9任意一项所述的PCB天线。
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Cited By (1)
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2018
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| CN111755819A (zh) * | 2019-03-29 | 2020-10-09 | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 | 倒置的微带行波贴片阵列天线系统 |
| CN111755819B (zh) * | 2019-03-29 | 2021-10-08 | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 | 倒置的微带行波贴片阵列天线系统 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20230629 Address after: 4 / F, building 1, No.14 Jiuxianqiao Road, Chaoyang District, Beijing 100020 Patentee after: Beijing Jingwei Hirain Technologies Co.,Inc. Address before: 100192 5th floor, Zhizhen building, 7 Zhichun Road, Haidian District, Beijing Patentee before: BEIJING RUNKE GENERAL TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right |