CN209217192U - 一种毫米波雷达的叠层天线阵、雷达天线和雷达 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种毫米波雷达的叠层天线阵、雷达天线和雷达，包括辐射单元、馈线，所述辐射单元设于板体内，相邻辐射单元通过馈线串联相接，板体顶部与辐射单元相应的位置设置寄生单元，所述辐射单元与寄生单元耦接相连。本实用新型可以有效的减少表面工艺对天线的影响，可以使得天线的带宽增加两倍甚至更多，通过上下贴片耦合的结构使得天线的频率带宽得到拓展，从而可以有效的适用通讯和雷达系统，同时可以降低成本。本实用新型不使用底部直接耦合的方式，通过波导缝隙辐射的结构实现信号的上下层传输，以屏蔽外部电路对天线带来的不同程度的影响，使整个链路损耗减小，天线系统整个辐射在加大带宽的情况之下，实现最大的辐射效率。

Description

一种毫米波雷达的叠层天线阵、雷达天线和雷达

技术领域

本发明涉及车载硬件领域，特别是涉及一种应用在汽车上的毫米波雷达的叠层天线阵、雷达天线和雷达。

背景技术

天线阵是雷达系统中应用最为常见的发射和接收机制了，目前使用在毫米波雷达中的天线多为微带贴片式的天线阵，如图1所示，电磁波信号从辐射单元耦合接收，同时通过寄生单元的慢波作用，反射体的反射作用，从而使得高频电流通过馈线传输至辐射单元中的各个辐射节点，辐射单元中通过不同的电流强度的设计实现天线的低副瓣效应，高频电流再经过微带波导转换单元，实现阻抗的变换使得输出能量最大。此过程的逆过程同样适用。

目前对于上述的对提升天线带宽的方式要么是没有做到小面积，要么就是达不到带宽的目的。

发明内容

为了解决上述的以及其他潜在的技术问题，本发明提供了一种毫米波雷达的叠层天线阵，不使用底部直接耦合的方式，通过波导缝隙辐射的结构实现信号的上下层传输，以屏蔽外部电路对天线带来的不同程度的影响，使整个链路损耗减小，天线系统整个辐射在加大带宽的情况之下，实现最大的辐射效率。可以有效的减少表面工艺对天线的影响，可以使得天线的带宽增加两倍以上甚至更多，即通过上下贴片耦合的结构使得天线的频率带宽得到拓展，从而可以有效的适用通讯和雷达系统，同时可以降低成本。

一种毫米波雷达的叠层天线阵，包括辐射单元、馈线，所述辐射单元设于板体内，相邻辐射单元通过馈线串联相接，板体顶部与辐射单元相应的位置设置寄生单元，所述辐射单元与寄生单元耦接相连。

进一步地，所述辐射单元的作用是电磁波信号从辐射单元耦合接收，同时通过高频材料的慢波作用，反射体的反射作用，从而使得高频电流通过馈线传输至辐射单元的各个辐射节点，辐射单元中通过不同的电流强度的设计实现天线的低副瓣效应，即通过对每个辐射单元进行泰勒分布的加权或者对其进行切比雪夫的加权，同时每个节点通过和寄生单元等效的位置发生耦合作用实现另外一个较高或者较低的谐振频率，使得天线的整个谐振带宽加宽。

进一步地，所述寄生单元包括但不限于第一层寄生贴片、第二层寄生贴片、第三层寄生贴片，所述第一层寄生贴片与第二层寄生贴片耦合相连，所述第二层寄生贴片与第三层寄生贴片耦合相连，所述第一层寄生贴片与辐射单元耦合相连。

进一步地，当所述寄生单元的层数越高时，可以达到多频信号和宽带的传输，每个节点同样要使用不同的电流的设计，同样适用上述的泰勒分布的加权或者对其进行切比雪夫的加权，以便整个带宽内实现较为低的副瓣。

进一步地，还包括高频材料，所述高频材料设于板体中，用于辐射单元与寄生单元相互耦合时起到隔离作用。

进一步地，还包括反射体，所述反射体设于板体底部。传统的单极天线有一个2.14dBi的辐射，本申请微带天线在底部设置一个反射体，可以接收一部分辐射体外缘发射的辐射线。微带天线更适合小面积、小型化的移动装置或者车载雷达使用。

进一步地，还包括微带波导转换单元，所述微带波导转换单元一端与馈线相连，另一端连接至后端处理器。以上经过耦合的宽带高频电流通过微带波导转换单元实现从微带线结构转换至波导的结构，通过周期性的波导通道的结构实现波导结构，信号经过馈线，再通过波导通道辐射传输至波导转微带单元处，通过波导转微带单元实现波导转微带，实现信号传输至顶层的效果。此过程的逆过程同样适用。

进一步地，所述微带波导转换单元包括微带转换波导体和波导转换微带体，所述微带转换波导体包括微带转换接口以及波导通道底座，所述波导转换微带体包括波导转换接口以及波导通道顶壁，所述微带转换波导体设于波导转换微带体顶部，且波导通道底座和波导通道顶壁是交叠设置的。

进一步地，所述微带转换接口的结构为输入端口小输出端口大的梯形结构，所述波导转换接口的结构为输入端口大输出端口小的梯形结构。

进一步地，还包括波导通道，所述波导通道设于微带波导转换单元之间，用于传输波导。

进一步地，所述波导通道包括若干波导隔离柱和波导槽，波导槽设于微带波导转换单元中心，所述波导隔离柱环绕波导槽设置，所述波导隔离柱设置于波导通道底座和波导通道顶壁之间。

进一步地，所述波导隔离柱距离微带波导转换单元边沿处有一定间隔距离，所述波导隔离柱在靠近微带转换接口处具有波导隔离柱，所述波导隔离柱在靠近波导转换接口处不设置波导隔离柱。

进一步地，所述波导槽为腰型槽结构，所述腰型槽结构处于微带波导转换单元中心位置。

优选地，所述辐射单元数量为2-4个。优选地，所述寄生单元为2-4个。优选地，所述波导隔离柱为18个。

进一步地，还包括阻抗匹配单元，所述阻抗匹配单元是设置于负载与源之间的一个匹配网络，用于天线和馈线间的匹配。

一种雷达，该雷达用上述雷达天线制成。

如上所述，本发明的具有以下有益效果：

(1)本发明可以有效的减少表面工艺对天线的影响，因为底层金属是在底部，不直接和空气接触，不会存在被氧化的现象，不需要进行镀层的制作，较薄的金属厚度有利于得到较高的天线增益。

(2)本发明可以在不加大天线的面积的情况下，可以使得天线的带宽增加两倍甚至更多，通过上下贴片耦合的结构使得天线的频率带宽得到拓展，从而可以有效的适用通讯和雷达系统，同时可以降低成本。

(3)本发明可以不使用底部直接耦合的方式，通过波导缝隙辐射的结构实现信号的上下层传输，这样有利于减小外部的干扰和影响，同时可以屏蔽外部电路对天线带来的不同程度的影响，同时该方式使整个链路损耗减小，天线系统的整个辐射在加大带宽的情况之下，实现最大的辐射效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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1显示为传统天线的阵列示意图。

图2显示为本发明天线的阵列示意图。

图3显示为本发明微带波导转换单元的俯视图。

图4显示为本发明微带转换波导体的立体图。

图5显示为本发明微带波导转换单元的立体图。

在图中：1-辐射单元；2-馈线；3-阻抗匹配单元；4-寄生单元；5-波导隔离柱；6-波导通道；7-微带转换接口；8-反射体；9-波导转换接口；101-波导通道底座；102-波导通道顶壁。

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。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

参见图1～图5，

一种毫米波雷达的叠层天线阵，包括辐射单元、馈线，所述辐射单元设于板体内，相邻辐射单元通过馈线串联相接，板体顶部与辐射单元相应的位置设置寄生单元，所述辐射单元与寄生单元耦接相连。

作为优选实施例，所述辐射单元的作用是电磁波信号从辐射单元耦合接收，同时通过高频材料的慢波作用，反射体的反射作用，从而使得高频电流通过馈线传输至辐射单元的各个辐射节点，辐射单元中通过不同的电流强度的设计实现天线的低副瓣效应，即通过对每个辐射单元进行泰勒分布的加权或者对其进行切比雪夫的加权，同时每个节点通过和寄生单元等效的位置发生耦合作用实现另外一个较高或者较低的谐振频率，使得天线的整个谐振带宽加宽。

作为优选实施例，所述寄生单元包括但不限于第一层寄生贴片、第二层寄生贴片、第三层寄生贴片，所述第一层寄生贴片与第二层寄生贴片耦合相连，所述第二层寄生贴片与第三层寄生贴片耦合相连，所述第一层寄生贴片与辐射单元耦合相连。

作为优选实施例，当所述寄生单元的层数越高时，可以达到多频信号和宽带的传输，每个节点同样要使用不同的电流的设计，同样适用上述的泰勒分布的加权或者对其进行切比雪夫的加权，以便整个带宽内实现较为低的副瓣。

作为优选实施例，还包括高频材料，所述高频材料设于板体中，用于辐射单元与寄生单元相互耦合时起到隔离作用。

作为优选实施例，还包括反射体，所述反射体设于板体底部。传统的单极天线有一个2.14dBi的辐射，本申请微带天线在底部设置一个反射体，可以接收一部分辐射体外缘发射的辐射线。微带天线更适合小面积、小型化的移动装置或者车载雷达使用。

作为优选实施例，还包括微带波导转换单元，所述微带波导转换单元一端与馈线相连，另一端连接至后端处理器。以上经过耦合的宽带高频电流通过微带波导转换单元实现从微带线结构转换至波导的结构，通过周期性的波导通道的结构实现波导结构，信号经过馈线，再通过波导通道辐射传输至波导转微带单元处，通过波导转微带单元实现波导转微带，实现信号传输至顶层的效果。此过程的逆过程同样适用。

作为优选实施例，所述微带波导转换单元包括微带转换波导体和波导转换微带体，所述微带转换波导体包括微带转换接口以及波导通道底座，所述波导转换微带体包括波导转换接口以及波导通道顶壁，所述微带转换波导体设于波导转换微带体顶部，且波导通道底座和波导通道顶壁是交叠设置的。

作为优选实施例，所述微带转换接口的结构为输入端口小输出端口大的梯形结构，所述波导转换接口的结构为输入端口大输出端口小的梯形结构。

作为优选实施例，还包括波导通道，所述波导通道设于微带波导转换单元之间，用于传输波导。

作为优选实施例，所述波导通道包括若干波导隔离柱和波导槽，波导槽设于微带波导转换单元中心，所述波导隔离柱环绕波导槽设置，所述波导隔离柱设置于波导通道底座和波导通道顶壁之间。

作为优选实施例，所述波导隔离柱距离微带波导转换单元边沿处有一定间隔距离，所述波导隔离柱在靠近微带转换接口处具有波导隔离柱，所述波导隔离柱在靠近波导转换接口处不设置波导隔离柱。

作为优选实施例，所述波导槽为腰型槽结构，所述腰型槽结构处于微带波导转换单元中中心位置。

优选地，所述辐射单元数量为2-4个。优选地，所述寄生单元为2-4个。优选地，所述波导隔离柱为18个。

作为优选实施例，还包括阻抗匹配单元，所述阻抗匹配单元是设置于负载与源之间的一个匹配网络，用于天线和馈线间的匹配。

上述实施例仅例示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，举凡所属技术领域中包括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)

1.一种毫米波雷达的叠层天线阵，包括辐射单元、馈线，所述辐射单元设于板体内，相邻辐射单元通过馈线串联相接，其特征在于，所述板体顶部与辐射单元相应的位置设置寄生单元，所述辐射单元与寄生单元耦接相连。

2.根据权利要求1所述的毫米波雷达的叠层天线阵，其特征在于，所述寄生单元包括但不限于第一层寄生贴片、第二层寄生贴片、第三层寄生贴片，所述第一层寄生贴片与第二层寄生贴片耦合相连，所述第二层寄生贴片与第三层寄生贴片耦合相连，所述第一层寄生贴片与辐射单元耦合相连。

3.根据权利要求2所述的毫米波雷达的叠层天线阵，其特征在于，还包括高频材料，所述高频材料设于板体中，用于辐射单元与寄生单元相互耦合时起到隔离作用。

4.根据权利要求3所述的毫米波雷达的叠层天线阵，其特征在于，还包括反射体，所述反射体设于板体底部。

5.根据权利要求4所述的毫米波雷达的叠层天线阵，其特征在于，还包括微带波导转换单元，所述微带波导转换单元一端与馈线相连，另一端连接至后端处理器。

6.根据权利要求5所述的毫米波雷达的叠层天线阵，其特征在于，所述微带波导转换单元包括微带转换波导体和波导转换微带体，所述微带转换波导体包括微带转换接口以及波导通道底座，所述波导转换微带体包括波导转换接口以及波导通道顶壁，所述微带转换波导体设于波导转换微带体顶部，且波导通道底座和波导通道顶壁是交叠设置的。

7.根据权利要求6所述的毫米波雷达的叠层天线阵，其特征在于，所述微带转换接口的结构为输入端口小输出端口大的梯形结构，所述波导转换接口的结构为输入端口大输出端口小的梯形结构。

8.根据权利要求7所述的毫米波雷达的叠层天线阵，其特征在于，还包括波导通道，所述波导通道设于微带波导转换单元之间，用于传输波导，所述波导通道包括若干波导隔离柱和波导槽，波导槽设于微带波导转换单元中心，所述波导隔离柱环绕波导槽设置，所述波导隔离柱设置于波导通道底座和波导通道顶壁之间，所述波导槽为腰型槽结构，所述腰型槽结构处于微带波导转换单元中中心位置。

9.一种雷达天线，其特征在于，该雷达天线用上述权利要求1-8任一项所述的叠层天线阵为基础布阵制成的雷达天线。

10.一种雷达，其特征在于，该雷达用上述权利要求9所述的雷达天线制成。