CN213584178U - 微带天线以及毫米波雷达 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种微带天线以及毫米波雷达，其中，微带天线包括：功分器、与所述功分器相连的第一馈线和第二馈线、分别与所述第一馈线和所述第二馈线相连的第一阵列贴片和第二阵列贴片，每一阵列贴片包括多个微带贴片单元。本申请能够提高车载毫米波雷达天线的增益。

Description

微带天线以及毫米波雷达

技术领域

本申请涉及天线技术领域，特别是涉及一种微带天线以及毫米波雷达。

背景技术

现如今，随着路况复杂度的增加与人口的持续增长，驾驶员需要在行驶过程中对各类情况做出预判，车载雷达则可以为此提供有效的帮助。车载雷达主要分为激光雷达、超声波雷达与毫米波雷达三类，其中，激光雷达虽然有着优秀的角分辨率，但成本非常高昂且极易受雨雪天气的影响，超声波雷达虽然成本低廉，但探测距离十分有限，无法应用于实际的驾驶场景。毫米波雷达因其电磁波在传输过程中不易受天气的影响以及稳定的性能而被广泛应用，其中又以77GHz的工作频段最为主流。车载77GHz毫米波雷达一般被安装在车辆四角处或车辆前方，为了使车辆雷达具有较远的探测距离与较小的波束宽度，通过提高雷达天线增益可以实现。

为获得天线的高增益，通常需要减小方向图主波束的宽度，并尽可能压低副瓣电平。单一天线通常不具备较强的方向性、增益较低。目前，提高天线增益的常见做法是将多列天线组合构成面阵，该做法有利于将天线的输入功率集中于某一狭窄范围内辐射出去，从而实现天线的强方向性，但同时也容易导致天线整体尺寸过大，且更为复杂的结构也会在实际加工中引入误差，从而造成性能改变，无法满足车载毫米波雷达天线高增益的要求。

前面的叙述在于提供一般的背景信息，并不一定构成现有技术。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种微带天线以及毫米波雷达，能够提高车载毫米波雷达天线的增益。

为达到上述目的，本申请的技术方案是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供了一种微带天线，包括：功分器、与所述功分器相连的第一馈线和第二馈线、分别与所述第一馈线和所述第二馈线相连的第一阵列贴片和第二阵列贴片，每一阵列贴片包括多个微带贴片单元。

作为其中一种实施方式，所述功分器、馈线、微带贴片单元的厚度设置相同，并且都处于同一个平面内。

作为其中一种实施方式，所述功分器为T型结构，所述功分器包括微带线、与所述微带线相连的阻抗变换器、与所述阻抗变换器相连的第一阻抗变换段和第二阻抗变换段。

作为其中一种实施方式，所述第一阻抗变换段和所述第二阻抗变换段以所述微带线的中心线为轴呈对称设置，所述第一阻抗变换段和所述第二阻抗变换段分别通过所述第一馈线和所述第二馈线与第一阵列贴片和第二阵列贴片相连。

作为其中一种实施方式，所述馈线的宽度为0.05λ，所述第一阻抗变换段和所述第二阻抗变换段的长度为0.16λ，所述第一阻抗变换段和第二阻抗变换段的宽度为0.08λ，其中，λ为电磁波在自由空间的波长。

作为其中一种实施方式，所述第一阵列贴片和第二阵列贴片均包括19个微带贴片单元，每个微带贴片单元呈矩形结构、三角形、圆形结构中的至少一种，第一阵列贴片的19个微带贴片单元上下交错排布在第一馈线的两侧，且关于中间的微带贴片单元左右对称，第二阵列贴片的19个微带贴片单元上下交错排布在第二馈线的两侧，且关于中间的微带贴片单元左右对称。

作为其中一种实施方式，第一馈线中心和第二馈线中心之间的距离为λ，相邻微带贴片单元间距为0.35λ，其中，λ为电磁波在自由空间的波长。

作为其中一种实施方式，所述微带贴片单元的宽度从中间至两侧递减，中间的微带贴片单元的宽度最大，左右两端的微带贴片单元的宽度最小。

作为其中一种实施方式，所述每个微带贴片单元为等相位分布，且长度相等。

第二方面，本申请实施例提供了一种毫米波雷达，包括：所述的微带天线。

本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本申请实施例提供的微带天线以及毫米波雷达，通过采用微带天线的新型结构，其结构包括功分器、与所述功分器相连的第一馈线和第二馈线、分别与所述第一馈线和所述第二馈线相连的第一阵列贴片和第二阵列贴片，每一阵列贴片包括多个微带贴片单元，本申请采用了双列梳状天线并联馈电的方案，在满足所需波束宽度要求的前提下，大幅度提高了天线的增益，克服了天线定向辐射能量不够高而导致的探测距离偏近的问题，并且极大地减小了微带天线的整体尺寸，克服了微带天线尺寸过大难以集成在PCB板上的问题，实用性强。

附图说明

图1为本申请实施例提供的微带天线的框图；

图2为图1的微带天线的反射系数曲线的示意图；

图3为图1的微带天线在E面和H面的实际增益曲线的示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图及具体实施例对本申请技术方案做进一步的详细阐述。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

图1为本申请实施例提供的微带天线的框图。图2为图1的微带天线的反射系数曲线的示意图。图3为图1的微带天线在E面(Elevation面，垂直面)和H面(Horizon面，水平面)的实际增益曲线的示意图。所述微带天线能够提高车载毫米波雷达天线的增益。请参考图1至图3，本实施例的微带天线包括：功分器10、与功分器10相连的第一馈线12a和第二馈线12b、分别与第一馈线12a和第二馈线12b相连的第一阵列贴片和第二阵列贴片，每一阵列贴片包括多个微带贴片单元13。

具体地，微带天线各部分(例如，功分器10、第一馈线12a、第二馈线12b、微带贴片单元13)的厚度可以设置相同，并且大致都处于同一个平面内。这里，微带天线可以为77GHz微带天线，大致呈双列梳状结构，采用并联馈电方式，并且其可以满足车载毫米波雷达天线高增益的需求。

这里，功分器10大致为T型结构，功分器10可以包括微带线10a、与微带线10a相连的阻抗变换器10b、与阻抗变换器10b相连的第一阻抗变换段10c和第二阻抗变换段10d。

其中，微带线10a可以为50欧姆微带线。阻抗变换器10b可以为四分之一波长阻抗变换器。微带线10a与激励端口(图中未示出)相连接，电磁波信号通过微带线10a进行传输。阻抗变换器10b设置在合路端，与微带线10a相连接，从激励端口输入的电磁波信号功率经过该阻抗变换器10b等分送至两条阵列分路。第一阻抗变换段10c和第二阻抗变换段10d分别设置在两条阵列分路的两个分路端，且第一阻抗变换段10c和第二阻抗变换段10d以微带线10a的中心线为轴大致呈对称设置，第一阻抗变换段10c和第二阻抗变换段10d分别通过第一馈线12a和第二馈线12b与第一阵列贴片和第二阵列贴片相连，即第一阻抗变换段10c通过第一馈线12a与第一阵列贴片相连，第二阻抗变换段10d通过第二馈线12b与第二阵列贴片相连。第一馈线12a和第二馈线12b的宽度优选为0.05λ，其中，λ为电磁波在自由空间的波长。通过改变第一阻抗变换段10c和第二阻抗变换段10d的长度与宽度可以对天线的谐振点进行调整，在本申请中，第一阻抗变换段10c和第二阻抗变换段10d的长度优选为0.16λ，第一阻抗变换段10c和第二阻抗变换段10d的宽度优选为0.08λ，该长度与宽度影响着微带天线的输入阻抗，当输入阻抗与传输线特性阻抗相匹配时，能够减小入射波的能量反射，获得良好的回波损耗曲线。

第一阵列贴片和第二阵列贴片均包括19个微带贴片单元13，图1中的每个微带贴片单元13大致呈矩形结构，第一阵列贴片的19个微带贴片单元上下交错排布在第一馈线12a的两侧，且关于中间的微带贴片单元(即从第一阵列贴片左起第十个矩形贴片单元13a)左右对称，由此组成第一阵列。第二阵列贴片的19个微带贴片单元上下交错排布在第二馈线12b的两侧，且关于中间的微带贴片单元(即从第二阵列贴片左起第十个矩形贴片单元13b)左右对称，由此组成第二阵列。第一阵列贴片和第二阵列贴片即为图1中的上下两阵列，分别通过第一馈线12a和第二馈线12b与功分器10的两个分路端相连接，使用并联的馈电方式。第一阵列贴片和第二阵列贴片的间距(即第一馈线12a中心和第二馈线12b中心之间的距离L)可以设置为λ，通过调节两列线阵的间距可改变天线的增益与波束宽度。每个微带贴片单元宽度可控制该点的电流激励幅度，本申请中的电流激励幅度变化服从泰勒分布，呈锥削的态势。由此，微带贴片单元的宽度从中间至两侧递减，中心阵元(即中间的微带贴片单元)的宽度最大，左右两端的微带贴片单元的宽度最小。每个微带贴片单元为等相位分布(即信号进入微带贴片单元时的相位一致)，且长度相等。微带贴片单元的间距决定了垂直面方向图的主瓣宽度与副瓣数量，间距的减小会展宽主波束的宽度并减少副瓣数，本申请中相邻微带贴片单元13间距W(即相邻微带贴片单元13中心位置之间的距离)约为0.35λ。每个微带贴片单元13除了本申请中的矩形结构之外，还可以为三角形、圆形或旋转了一定角度的矩形等结构中的至少一种。

图2为天线的反射系数曲线，如图2所示，该微带天线可以达到非常好的天线效率，表示本申请微带天线具有良好的天线辐射性能。图3的曲线l1和l2分别为天线在E面和H面的实际增益，E面是通过天线最大辐射方向并平行于电场矢量的平面，H面是通过天线最大辐射方向并平行于磁场矢量的平面，从图3可以看出，本申请提高了天线的增益。

基于前述实施例相同的申请构思，本申请实施例提供了一种毫米波雷达，该毫米波雷达包括上述实施例中的微带天线。

综上所述，本申请实施例提供的微带天线以及毫米波雷达，通过采用微带天线的新型结构，其结构包括功分器、与所述功分器相连的第一馈线和第二馈线、分别与所述第一馈线和所述第二馈线相连的第一阵列贴片和第二阵列贴片，每一阵列贴片包括多个微带贴片单元，本申请采用了双列梳状天线并联馈电的方案，在满足所需波束宽度要求的前提下，大幅度提高了天线的增益，克服了天线定向辐射能量不够高而导致的探测距离偏近的问题，并且极大地减小了微带天线的整体尺寸，克服了微带天线尺寸过大难以集成在PCB板上的问题，实用性强。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

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、物品或者装置不仅包括那些要素，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、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素，此外，本申请不同实施例中具有同样命名的部件、特征、要素可能具有相同含义，也可能具有不同含义，其具体含义需以其在该具体实施例中的解释或者进一步结合该具体实施例中上下文进行确定。

应当理解，尽管在本文可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本文范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语"如果"可以被解释成为"在……时"或"当……时"或"响应于确定"。再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。

应该理解的是，虽然本申请实施例中的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种微带天线，其特征在于，包括：功分器、与所述功分器相连的第一馈线和第二馈线、分别与所述第一馈线和所述第二馈线相连的第一阵列贴片和第二阵列贴片，每一阵列贴片包括多个微带贴片单元。

2.如权利要求1所述的微带天线，其特征在于，所述功分器、馈线、微带贴片单元的厚度设置相同，并且都处于同一个平面内。

3.如权利要求1所述的微带天线，其特征在于，所述功分器为T型结构，所述功分器包括微带线、与所述微带线相连的阻抗变换器、与所述阻抗变换器相连的第一阻抗变换段和第二阻抗变换段。

4.如权利要求3所述的微带天线，其特征在于，所述第一阻抗变换段和所述第二阻抗变换段以所述微带线的中心线为轴呈对称设置，所述第一阻抗变换段和所述第二阻抗变换段分别通过所述第一馈线和所述第二馈线与第一阵列贴片和第二阵列贴片相连。

5.如权利要求3所述的微带天线，其特征在于，所述馈线的宽度为0.05λ，所述第一阻抗变换段和所述第二阻抗变换段的长度为0.16λ，所述第一阻抗变换段和第二阻抗变换段的宽度为0.08λ，其中，λ为电磁波在自由空间的波长。

6.如权利要求1所述的微带天线，其特征在于，所述第一阵列贴片和第二阵列贴片均包括19个微带贴片单元，每个微带贴片单元呈矩形结构、三角形、圆形结构中的至少一种，第一阵列贴片的19个微带贴片单元上下交错排布在第一馈线的两侧，且关于中间的微带贴片单元左右对称，第二阵列贴片的19个微带贴片单元上下交错排布在第二馈线的两侧，且关于中间的微带贴片单元左右对称。

7.如权利要求1所述的微带天线，其特征在于，第一馈线中心和第二馈线中心之间的距离为λ，相邻微带贴片单元间距为0.35λ，其中，λ为电磁波在自由空间的波长。

8.如权利要求1所述的微带天线，其特征在于，所述微带贴片单元的宽度从中间至两侧递减，中间的微带贴片单元的宽度最大，左右两端的微带贴片单元的宽度最小。

9.如权利要求1所述的微带天线，其特征在于，所述每个微带贴片单元为等相位分布，且长度相等。

10.一种毫米波雷达，其特征在于，包括：如权利要求1至9中任一项所述的微带天线。

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