CN213212383U

CN213212383U - 天线装置、雷达系统及可移动平台

Info

Publication number: CN213212383U
Application number: CN202022619691.7U
Authority: CN
Inventors: 邓飞杨; 刘新初
Original assignee: Guangzhou Xaircraft Technology Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Xaircraft Technology Co Ltd
Priority date: 2020-11-12
Filing date: 2020-11-12
Publication date: 2021-05-14
Anticipated expiration: 2030-11-12

Abstract

本实用新型提供了一种天线装置、雷达系统及可移动平台，涉及雷达技术领域，该天线装置包括：第一发射天线组及第二发射天线组；第一发射天线组包括第一天线阵列及第二天线阵列，第一天线阵列与第二天线阵列并排设置；第一天线阵列和第二天线阵列用于发射信号以探测中距离或近距离范围的目标；所述第二发射天线组用于发射信号以探测远距离范围的目标；本实用新型将第一发射天线组及第二发射天线组集成设置，实现中远距离探测的同时缩减了天线板子的尺寸，减小了天线占用的空间。

Description

天线装置、雷达系统及可移动平台

技术领域

本实用新型涉及雷达技术领域，具体而言，涉及一种天线装置、雷达系统及可移动平台。

背景技术

现有的毫米波雷达实现中远距离探测方案采用天线与透镜结合的方式，由透镜载板、多个介质透镜、一个发射天线、多个接收天线和无线收发控制模块构成，无线收发控制模块集成了发射控制模块和接收控制模块，其中介质透镜的数量等于发射天线和接收天线的数量之和，这样的整体设计结构复杂，体积较大，不易商业化。还有一些方案采用的是双层或单层印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)工艺实现中远距离探测，这种设计难以解决电磁干扰的问题，此外，天线布局的问题导致雷达板的体积较大，提高了生产成本。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种天线装置、雷达系统及可移动平台，实现中远距离探测的同时缩减天线占用的体积。

本实用新型采用的技术方案如下：

第一方面，本实用新型提供一种天线装置，所述天线装置包括：第一发射天线组及第二发射天线组；

所述第一发射天线组包括第一天线阵列及第二天线阵列，所述第一天线阵列与所述第二天线阵列并排设置；所述第二发射天线组设置于所述第一天线阵列与所述第二天线阵列之间；

所述第一天线阵列和所述第二天线阵列用于发射探测第一距离范围内的目标的信号；所述第二发射天线组用于发射探测第二距离范围内的目标的信号；其中，所述第一距离范围中的最大值小于第二距离范围中的最大值。

在可选的实施方式中，所述天线装置还包括基板及接收天线，所述基板包括第一表面，所述第一表面包括相邻的第一区域及第二区域；

所述第一发射天线组及所述第二发射天线组设置于所述基板的第一区域；所述接收天线设置于所述第二区域。

在可选的实施方式中，所述接收天线包括多个接收天线阵列单元，每相邻的两个所述接收天线阵列单元之间的间距为所述天线装置收发信号波长的1/2。

在可选的实施方式中，所述第一天线阵列与所述第二天线阵列之间的间距等于所述接收天线中相距最远的两个所述接收天线阵列单元之间的间距。

在可选的实施方式中，多个所述接收天线阵列单元的设置方向与所述第一天线阵列及所述第二天线阵列的设置方向相同。

在可选的实施方式中，所述第二发射天线组包括多个发射天线阵列单元，所述多个发射天线阵列单元的设置方向与所述第一天线阵列及所述第二天线阵列的设置方向相同。

在可选的实施方式中，所述第一发射天线组、所述第二发射天线组以及所述接收天线的天线阵列分布均满足切比雪夫锥削分布特性。

在可选的实施方式中，所述第一天线阵列与所述第二天线阵列关于所述第二发射天线组对称设置。

第二方面，本实用新型提供一种雷达系统，所述雷达系统包括如前述实施方式任意一项所述的天线装置。

第三方面，本实用新型提供一种可移动平台，包括前述实施方式所述的雷达系统。

相对于现有技术，本实用新型提供了一种天线装置、雷达系统及可移动平台，天线装置包括：第一发射天线组及第二发射天线组；所述第一发射天线组包括第一天线阵列及第二天线阵列，所述第一天线阵列与所述第二天线阵列并排设置；所述第二发射天线组设置于所述第一天线阵列与所述第二天线阵列之间；所述第一天线阵列与所述第二天线阵列用于发射信号探测中距离或近距离范围的目标；第二发射天线组用于发射信号探测远距离范围的目标；由此将第一发射天线及第二发射天线集成设置，实现中远距离探测的同时缩减了天线板子的尺寸，减小了天线占用的空间。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的天线装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的基板示意图；

图3为本实用新型实施例提供的发射天线示意图；

图4为本实用新型实施例提供的第一天线阵列示意图；

图5为本实用新型实施例提供的第二发射天线组示意图；

图6为本实用新型实施例提供的天线装置的结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的发射天线示意图；

图8为本实用新型实施例提供的雷达系统的结构示意图。

图标：100-天线装置；110-发射天线；1111-第一天线阵列；1113-第二天线阵列；113-第二发射天线组；130-接收天线；131-接收天线阵列单元；140-基板；141-第一表面；143-第一区域；145-第二区域；160-天线单元；161-馈电点；162-馈电线；200-雷达系统；210-雷达电路。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。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，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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；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。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实用新型中的具体含义。

无人机、无人车等设备一般通过雷达装置实现对目标物的检测，其中的目标物包括但不限于障碍物。现有的毫米波雷达实现中远距离探测方案采用天线与透镜结合的方式，由透镜载板、多个介质透镜、一个发射天线、多个接收天线和无线收发控制模块构成，无线收发控制模块集成了发射控制模块和接收控制模块，其中介质透镜的数量等于发射天线和接收天线的数量之和，这样的整体设计结构复杂，体积较大，不易商业化。还有一些方案采用的是双层或单层印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)工艺实现中远距离探测，这种设计难以解决电磁干扰的问题，此外，天线布局的问题导致雷达板的体积较大，提高了生产成本。

有鉴于此，本实用新型实施例提供一种新型的天线装置，用以实现中远距离探测的同时合理设置天线的位置，缩减天线装置占用的体积。

请参阅图1，图1示出了本实施例提供的天线装置100的示意图。天线装置100包括：基板140、发射天线110及接收天线130，发射天线110及接收天线130均设置于基板140上。

参阅图2，基板140包括第一表面141，第一表面141包括相邻的第一区域143及第二区域145，其中，发射天线110设置于第一区域143，接收天线130设置于第二区域145。

发射天线110包括第一发射天线组(图未标)及第二发射天线组113，第一发射天线组用于发射探测第一距离范围内的目标的信号，以实现中距离或近距离的目标探测，第二发射天线组113用于发射探测第二距离范围内的目标的信号，以实现远距离的目标探测。由此可知，所述第一距离范围中的最大值小于第二距离范围中的最大值。需要说明的是，第一距离范围和第二距离范围可以根据实际探测需求确定。

在一些可能的实现方式中，第一发射天线组可以检测中距离(如0～20m)以内的目标，第二发射天线组113可以检测远距离(如0～50m或0～40m)的目标，利用第一发射天线组就可以实现对近距离(如0～10m)的检测，且可以覆盖80％的近距离范围，由此第一发射天线组也可以用于探测近距离的目标。

参阅图3，第一发射天线组包括第一天线阵列1111及第二天线阵列1113，第一天线阵列1111与第二天线阵列1113并排设置，第一天线阵列1111与第二天线阵列1113之间存在间隔，该第二发射天线组113设置于第一天线阵列1111与第二天线阵列1113之间的间隔处。

于本实施例中，在接收天线130包括相互独立的多个接收天线阵列单元的情况下，第一天线阵列1111、第二天线阵列1113和接收天线130共同组成多输入多输出(Multi-input Multi-output，MIMO)天线，用于探测近距离或中距离的目标；第二发射天线组113和接收天线130共同形成单输入多输出(Single-Input Multi-Output，SIMO)天线，用于探测远距离的目标。同理，在接收天线130仅包括1个接收天线阵列单元的情况下，第一天线阵列1111、第二天线阵列1113和接收天线130共同组成多输入单输出(Multi-input Single-output，MISO)天线，用于探测近距离或中距离的目标；第二发射天线组113和接收天线130共同形成单输入单输出(Single-Input Single-Output，SISO)天线，用于探测远距离的目标。

其中第一天线阵列1111与第二天线阵列1113结构相同，二者关于第二发射天线组113对称设置。在一种可能的实现方式中，第一天线阵列1111、第二天线阵列1113均采用微带天线的设计形式。

参阅图4，在一种可能的实现方式中，第一天线阵列1111包括2个天线单元160，2个天线单元160共用同一个馈电点161，该馈电点161设置于2个天线单元的中点，2个天线单元160均通过馈电线162与该馈电点161电连接，以保障2个天线单元160的信号相位完全相同，每一个天线单元160包括多个天线阵子，多个天线阵子在基板140上沿第一方向排布设置，可以理解地，天线单元160的阵子数量越多，分辨率越高，但同时消耗的能量也越大，受到板子长度的限制，以及综合对每一个天线阵子能够辐射的能量的考量，在一种可能的实现方式中，每一个天线单元160的阵子数量为8～10个，以10个为例，则第一天线阵列1111为2*10的微带天线。

第二天线阵列1113与第一天线阵列1111结构相同，同样包括2个天线单元160，形成2*10的微带天线。

第一天线阵列1111及第二天线阵列1113的天线单元160的每一个天线阵子的排布均满足切比雪夫锥削分布特性，以降低天线的副瓣电平，避免副瓣电平波形对主瓣信号的波形产生干扰，影响探测的精确度，于本实施例中，第一天线阵列1111及第二天线阵列1113的副瓣电值平低于-20dB。

在一种可能的实现方式中，第一天线阵列1111及第二天线阵列1113可以按照如下性能参数进行设置：增益为17.3dB；3dB波束宽度为E面10.3度，H面44.7度；6dB波束宽度为E面14度，H面62度；带宽为400-500MHz。

请参阅图5，在一种可能的实现方式中，第二发射天线组113包括多个天线单元160，于本实施例中，第二发射天线组113设置于第一天线阵列1111与第二天线阵列1113之间的间隔处，第二发射天线组113的天线单元160数量视该第一天线阵列1111与第二天线阵列1113之间的空间大小决定，于本实施例中，第二发射天线组113设置4个天线单元160。

其中，4个天线单元160共用同一个馈电点161，该馈电点161设置于4个天线的中点位置，每一个天线单元160均通过金属导线(如铜线)与该馈电点161电连接。在一种可能的实现方式中，距离馈电点161越远的天线单元160其馈电线162的长度越长，为了保障多个天线单元160的相位相同，于本实施例中，将不同天线单元160的馈电线162的长度之差设置为发射信号的波长的整数倍，例如，距离馈电点161最近的天线单元160其馈电线162长度与距离馈电点161较远的天线单元160的馈电线162长度之差为一个波长。

与第一天线阵列1111或第二天线阵列1113相同，第二发射天线组113中的每一个天线单元160均包括多个天线阵子，多个天线阵子在基板140上沿第一方向排布设置，天线单元160的阵子数量越多，分辨率越高，但同时消耗的能量也越大，受到板子长度的限制，以及综合对每一个天线阵子能够辐射的能量的考量，在一种可能的实现方式中，每一个天线单元160的阵子数量为8～10个，以10个为例，则第二发射天线组113为4*10的微带天线。

在一种可能的实现方式中，第二发射天线组113可以按照如下性能参数进行设置：增益为19.1dB；3dB波束宽度为E面10度，H面32度；6dB波束宽度为E面14度，H面44度；带宽为400-500MHz。

在一种可能的实现方式中，第二发射天线组113中的每一个天线阵子的排布均满足切比雪夫锥削分布特性，以降低天线的副瓣电平，避免副瓣电平波形对主瓣信号的波形产生干扰，影响探测的精确度，于本实施例中，第二发射天线组113的副瓣电值平低于-20dB。

当利用本实施例提供的天线装置100发射信号进行探测时，为了避免远距离的探测信号与中距离的探测信号之间产生干扰，可以先由第一发射天线组进行信号发射，预设时间间隔(例如1毫秒～2毫秒)后再由第二发射天线组113进行信号发射。其中，第一发射天线组中的第一天线阵列1111与第二天线阵列1113可以尽可能同时发射，但不限于此。此外，也可由第二发射天线组113在先进行信号发射，第一发射天线组在后进行信号发射。

上述实施例对天线装置100的发射天线110进行介绍，下面对天线装置100的接收天线130进行介绍。

请结合参阅图6和图7，接收天线130包括多个接收天线阵列单元131，多个接收天线阵列单元131的设置方向与第一天线阵列1111及第二天线阵列1113的设置方向相同，每相邻的两个接收天线阵列单元131之间的间距为天线装置100收发信号波长的1/2。

在一种可能的实现方式中，接收天线130包括6个接收天线阵列单元131，每一个接收天线阵列单元131的阵子数量为8～10个，以10个为例，则接收天线130为6*10的微带天线。

在一种可能的实现方式中，接收天线130中的每一个天线阵子的排布均满足切比雪夫锥削分布特性，以降低天线的副瓣电平，避免副瓣电平波形对主瓣信号的波形产生干扰，影响探测的精确度，于本实施例中，接收天线130的副瓣电平值低于-20dB。

在一种可能的实现方式中，接收天线130可以按照以下性能参数进行设置：增益为15dB；3dB波束宽度为E面10度，H面72度；带宽为300-400MHz。

可以理解地，第一发射天线组包括第一天线阵列1111及第二天线阵列1113，接收天线130与第一发射天线组形成2发6收的MIMO天线，于本实施例中，第一天线阵列1111与第二天线阵列1113之间的间距等于接收天线130中相距最远的两个接收天线阵列单元131之间的间距，可以理解为，第一天线阵列1111与第二天线阵列1113的馈电点之间的间距等于接收天线130中相距最远的两个接收天线阵列单元131的馈电点之间的间距。接收天线130与第一发射天线组形成1发6收的SIMO天线。

在一种可能的实现方式中，第一发射天线组、第二发射天线组113以及接收天线130蚀刻设置于基板140。基板140的材料可以选用通用的介质材料，在一种可能的实现方式中，基板140上设置有多个安装孔，用于将天线装置100固定安装于用于承载天线装置100的承载物上。

本实用新型实施例还提供一种雷达系统200，参阅图8，该雷达系统200包括雷达电路210以及如前述实施方式任意一项提供的天线装置100，雷达电路210与天线装置100电连接，用于通过天线装置100收发信号。

此外，本实用新型实施例还提供了一种可移动平台，该可移动平台包括雷达系统200和机体，所述雷达系统200安装于所述机体上。

在一种可能的实现方式中，该可移动平台可以为无人机、无人驾驶汽车或是无人船等设备，但不限于此，例如，还可以为有人驾驶的其他设备。

综上所述，本实用新型提供了一种天线装置、雷达系统及可移动平台，天线装置包括：第一发射天线组及第二发射天线组；第一发射天线组包括第一天线阵列及第二天线阵列，第一天线阵列与第二天线阵列并排设置；第二发射天线组设置于第一天线阵列与第二天线阵列之间；第一天线阵列与第二天线阵列用于发射信号探测中距离或近距离范围的目标；第二发射天线组用于发射信号探测远距离范围的目标；将第一发射天线组及第二发射天线组集成设置，实现中远距离探测的同时缩减了天线板子的尺寸，减小了天线占用的空间。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种天线装置，其特征在于，所述天线装置包括：第一发射天线组及第二发射天线组；

2.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述天线装置还包括基板及接收天线，

所述基板包括第一表面，所述第一表面包括相邻的第一区域及第二区域；

3.根据权利要求2所述的天线装置，其特征在于，所述接收天线包括多个接收天线阵列单元，每相邻的两个所述接收天线阵列单元之间的间距为所述天线装置收发信号波长的1/2。

4.根据权利要求3所述的天线装置，其特征在于，所述第一天线阵列与所述第二天线阵列之间的间距等于所述接收天线中相距最远的两个所述接收天线阵列单元之间的间距。

5.根据权利要求3或4所述的天线装置，其特征在于，多个所述接收天线阵列单元的设置方向与所述第一天线阵列及所述第二天线阵列的设置方向相同。

6.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述第二发射天线组包括多个发射天线阵列单元，所述多个发射天线阵列单元的设置方向与所述第一天线阵列及所述第二天线阵列的设置方向相同。

7.根据权利要求2所述的天线装置，其特征在于，所述第一发射天线组、所述第二发射天线组以及所述接收天线的天线阵列分布均满足切比雪夫锥削分布特性。

8.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述第一天线阵列与所述第二天线阵列关于所述第二发射天线组对称设置。

9.一种雷达系统，其特征在于，所述雷达系统包括如权利要求1～8任意一项所述的天线装置。

10.一种可移动平台，其特征在于，包括权利要求9所述的雷达系统。