CN213878429U

CN213878429U - 一种平面天线结构及雷达

Info

Publication number: CN213878429U
Application number: CN202023256887.0U
Authority: CN
Inventors: 柴赟; 王珂; 胡春文
Original assignee: Zhongshan United Automotive Technology Co ltd
Current assignee: Zhongshan United Automotive Technology Co ltd
Priority date: 2020-12-29
Filing date: 2020-12-29
Publication date: 2021-08-03
Anticipated expiration: 2030-12-29

Abstract

本实用新型公开一种平面天线结构及雷达，其中，所述平面天线结构包括基板、天线阵和抑波结构；所述基板具有相对的第一端面以及第二端面，所述第一端面上形成有相互间隔设置的布阵区以及抑制区；所述天线阵形成于所述基板上，且位于所述布阵区，所述天线阵包括多个第一阵元，多个所述第一阵元至少部分朝向所述抑制区；所述抑波结构包括电磁带隙结构，所述电磁带隙结构包括位于所述抑制区且呈间隔设置的至少两个贴片块、穿设于所述基板且对应所述至少两个贴片块设置的至少两个导电通孔、以及设于所述基板的第二端面的金属层，所述至少两个导电通孔对应连接各所述贴片块与所述金属层，本实用新型的技术方案有效抑制表面波，改善天线带宽和辐射方向图。

Description

一种平面天线结构及雷达

技术领域

本实用新型涉及雷达领域，尤其是一种平面天线结构及雷达。

背景技术

现有雷达很多都使用平面天线发射和接收电磁波来获得被测物体的信息，以车载毫米波雷达为例，车载毫米波雷达通过微带贴片天线发射和接收毫米波，经后方处理快速准确获得被测物体的信息，而现有微带贴片天线在发射和接收毫米波的过程中会在介质基板表面激励起表面波，使得天线带宽受影响大幅变窄，而且表面波的辐射导致天线谐振产生的方向图发生恶化，图1为现有平面天线结构的驻波比仿真结果图。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种平面天线结构及雷达，旨在能有效抑制表面波，改善天线带宽和辐射方向图。

为实现上述目的，本实用新型提出一种平面天线结构，包括

基板，具有相对的第一端面以及第二端面，所述第一端面上形成有相互间隔设置的布阵区以及抑制区；

天线阵，形成于所述基板上，且位于所述布阵区，所述天线阵包括多个第一阵元，多个所述第一阵元至少部分朝向所述抑制区；以及，

抑波结构，包括电磁带隙结构，所述电磁带隙结构包括位于所述抑制区且呈间隔设置的至少两个贴片块、穿设于所述基板且对应所述至少两个贴片块设置的至少两个导电通孔、以及设于所述基板的第二端面的金属层，所述至少两个导电通孔对应连接各所述贴片块与所述金属层；

其中，所述电磁带隙结构为超材料。

可选地，以所述第一阵元的延伸方向为第一方向，以多个所述第一阵元间隔分布的方向为第二方向；

所述电磁带隙结构中，所述贴片块设置四个，四个所述贴片块沿第一方向分布有两个贴片组，每一所述贴片组中的两个贴片块沿第二方向分布；

对应的，所述导电通孔设置四个。

可选地，所述电磁带隙结构中的四个所述贴片块中，任意两个所述贴片块之间的间距相同。

可选地，所述电磁带隙结构设置多个，且沿第二方向等间隔设置。

可选地，四个所述贴片块中，任意两个所述贴片块之间的间距相同且为D1；

相邻两个所述电磁带隙结构之间的间距为D2，且D1＝D2。

可选地，沿第二方向上，多个所述第一阵元之间对应在所述基板上形成激励区域；

多个所述电磁带隙结构之间对应在所述基板上形成抑波区域，所述抑波区域的两端均呈超出所述激励区域设置。

可选地，所述天线阵还包括多个第二阵元，多个所述第二阵元均背向所述第一阵元延伸设置；

所述抑制区设置两个，且分设于所述布阵区的相对两侧；

所述抑波结构对应所述抑制区设置两个。

可选地，所述基板的材质为PTFE、碳氢化合物、PPE、PTFE复合材料、碳氢化合物复合材料和PPE复合材料其中的一种；和/或，

所述基板的相对介电常数ε_r为2.8≦ε_r≦3.2；和/或，

所述金属层的材质为铜。

本实用新型还提供一种雷达，包括平面天线结构，所述平面天线结构包括，基板，具有相对的第一端面以及第二端面，所述第一端面上形成有相互间隔设置的布阵区以及抑制区；

其中，所述电磁带隙结构为超材料。

可选地，所述雷达是车载毫米波雷达。

本实用新型的技术方案中，所述基板的布阵区域设置天线阵，所述天线阵的所述第一阵元朝向的抑制区设置有所述抑波结构，所述当所述天线阵馈电时，所述天线阵朝向所述抑制区一侧发射电磁波，在所述基板表面激励起表面波，设置在所述抑制区的所述抑波结构中的所述贴片块、所述导电通孔及所述金属层可形成等效电感和电容，此时所述抑波结构可形成等效LC谐振电路，所述等效LC谐振电路具有滤波性，可以抑制表面波在所述基板上的传播，改善天线带宽和辐射方向图。

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示出的结构获得其他的附图。

图1为现有平面天线结构的驻波比仿真结果图；

图2为本实用新型提供的平面天线结构的一实施例的平面示意图；

图3为图2中的天线阵的平面示意图；

图4为图2中的局部A的放大示意图；

图5为图4中的沿B-B的剖视图；

图6为图2中的实施例的仿真辐射图；

图7为图2中的实施例的驻波比仿真结果图；

本实用新型提供的实施例附图标号说明：

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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的一部分实施例，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。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

现有使用平面天线的雷达，平面天线在发射和接收电磁波的过程中会在介质基板表面激励起表面波，使得天线带宽受影响大幅变窄，而且表面波的辐射导致天线谐振产生的方向图发生恶化(请参阅图1)。鉴于此，本实用新型提出一种平面天线结构及雷达。图2至图7为本实用新型提供的平面天线结构的一实施例。

请参阅图2，所述平面天线结构100包括基板1、天线阵2及抑波结构3，所述基板1具有相对的第一端面11以及第二端面12，所述第一端面11上形成有相互间隔设置的布阵区111以及抑制区112；所述天线阵2，形成于所述基板1上，且位于所述布阵区111，所述天线阵2包括多个第一阵元21，多个所述第一阵元21至少部分朝向所述抑制区112(请参阅图3)；所述抑波结构3包括电磁带隙结构31，所述电磁带隙结构31包括位于所述抑制区112且呈间隔设置的至少两个贴片块311、穿设于所述基板1且对应所述至少两个贴片块311设置的至少两个导电通孔312、以及设于所述基板1的第二端面的金属层313，所述至少两个导电通孔312对应连接各所述贴片块311与所述金属层313(请参阅图5)；其中，所述电磁带隙结构31为超材料，具体地，所述超材料为人工电磁材料。

本实用新型的技术方案中，所述基板1的布阵区111设置天线阵2，所述天线阵2的所述第一阵元21朝向的抑制区112设置有所述抑波结构3，所述当所述天线阵2馈电时，所述天线阵2朝向所述抑制区112一侧发射电磁波，在所述基板1表面激励起表面波，设置在所述抑制区112的所述抑波结构3中的所述贴片块311、所述导电通孔312及所述金属层313可形成等效电感和电容，此时所述抑波结构3可形成等效LC谐振电路，所述等效LC谐振电路具有滤波性，可以抑制表面波在所述基板1上的传播，改善天线带宽和辐射方向图(请参阅图6和图7)。

以所述第一阵元21的延伸方向为第一方向F1，以多个所述第一阵元21间隔分布的方向为第二方向F2(请参阅图2)；所述电磁带隙结构31中，所述贴片块311设置四个，四个所述贴片块311沿第一方向分布有两个贴片组，每一所述贴片组中的两个贴片块311沿第二方向分布；对应的，所述导电通孔312设置四个(请参阅图4)，当所述天线阵2馈电时，所述第一方向F1与所述第二方向F2上均可形成抑波区域，有效抑制表面波的传播。

所述电磁带隙结构31的四个所述贴片块311中，任意两个所述贴片块311之间的间距D1相同，具体地，在本实施例中，所述间距D1设置为0.1mm(请参阅图4)，当所述天线阵2馈电时，任意两个所述贴片块311及其间距D1与所述金属层313形成等效电容，同时这两个所述贴片块311可与所述导电通孔312及所述金属层313形成等效电感，使得所述电磁带隙结构31可以等效成一个LC并联谐振电路，从而抑制表面波的传播，改善天线带宽和辐射方向图。

所述电磁带隙结构31的数量组作限制，可以是1个，也可以是两个，在本实施例中，所述电磁带隙结构31设置为10个，所述电磁带隙结构31沿第二方向F2等间隔设置(请参阅图2)，所述第二方向F2对应所述第一阵元21的延伸方向，使得抑波效果更加明显。

四个所述贴片块311中，任意两个所述贴片块311之间的间距相同且为D1；相邻两个所述电磁带隙结构31之间的间距为D2，且D1＝D2，具体地，在本实施例中，所述间距D1＝D2＝0.1mm(请参阅图2)，当所述天线阵2馈电时，相邻两个所述电磁带隙结构31可以形成多个相同的等效电容和等效电感，形成更大的LC并联谐振电路，加强对表面波的抑制效果。

沿第二方向F2上，多个所述第一阵元21之间对应在所述基板1上形成激励区域(请参阅图2)；多个所述电磁带隙结构31之间对应在所述基板1上形成抑波区域，所述抑波区域的两端均呈超出所述激励区域设置，有效抑制表面波的传播，改善天线带宽和辐射方向图。

所述天线阵2还包括多个第二阵元21，多个所述第二阵元22均背向所述第一阵元21延伸设置(请参阅图3)；所述抑制区112设置两个，且分设于所述布阵区111的相对两侧；所述抑波结构3对应所述抑制区112设置两个，使得所述抑波结构3均对应所述第一阵元21和所述第二阵元22设置，加强对表面波的抑制效果。

所述布阵区111与所述抑制区112之间设置有保护区域4(请参阅图2)，所述保护区域4的宽度根据使用环境来确定，具体地，所述宽度设置为大于四分之一导波波长，所述导波波长根据所述天线阵2发射的电磁波的参数来确定，所述保护区域4使得所述抑波结构3与所述天线阵2相互独立。

本实用新型中，所述基板1的材质不做限制，可以是PTFE，可以是碳氢树脂，可以是PPE，上述材料都具有良好的电性能，也可以是PTFE和陶瓷复合材料，也可以是碳氢树脂和玻纤布复合材料，还可以是碳氢树脂、玻纤布和陶瓷复合材料，上述复合材料不仅具有良好的电性能，还在具有良好的物理性能，具体地，本实施例中所述基板1的材质为PTFE和陶瓷复合材料；所述PTFE和陶瓷复合材料的相对介电常数ε_r因外界环境变化而产生的变化小，使得所述天线阵2辐射带宽和方向图稳定。

本实用新型中，所述基板1的相对介电常数ε_r为2.8≦ε_r≦3.2，在本实施例中，所述基板1的相对介电常数ε_r为3.0，有较好的绝缘性，对所述天线阵2的辐射性能有较小的影响。

本实用新型中，所述金属层313的材质不做限制，可以是铝，也可以是铜，在本实施例中，所述金属层313的材质选用铜，减小地线阻抗，提高抗干扰能力，提高所述天线阵2辐射带宽和方向图稳定性。

需要说明的是，上述三个相关联的技术特征：所述基板1的材质、所述基板1的相对介电常数ε_r及所述金属层313的材质，可以同时设置，也可以择一、或者择二设置，本实施例中，三个技术特征同时设置，可以减小外界环境及基板1对所述天线阵2的辐射性能的影响，提高所述天线阵2辐射带宽和方向图稳定性。

本实用新型还提供一种雷达，包括上述的平面天线结构100，所述雷达包括上述平面天线结构100的全部技术特征，因此，也具有上述全部技术特征带来的技术效果，此处不再一一赘述。

具体地，在本实施例中，所述雷达是车载毫米波雷达，所述车载毫米波雷达的尺寸小、成本低、空间分辨率高，而且相较于现有的毫米波雷达，天线带宽和辐射方向图有较大改善。

更具体地，在本实施例中，所述基板1的材质为PTFE和陶瓷复合材料，所述基板1介电常数设置为3.0，所述基板1厚度为0.127mm；任意两个所述贴片块311之间间距为0.1mm，所述贴片块311是正方形且所述贴片块边长D4为0.74mm；所述导电通孔312的直径设置为0.2mm；所述天线阵2使用串联馈电梳型阵；将本实施例中的所述平面天线结构100设置成等效电容和等效电感并做仿真优化，谐振频带可覆盖76-81GHz，其中，所述车载毫米波雷达天线的谐振频带为77GHz，满足车载毫米波天线的全频段使用。由仿真实验结果可知，所述天线阵2的辐射方向图有较大改善(请参见图6)，且现有天线阵2的驻波比小于等于2的谐振频带为77.6GHz-79.6GHz，增加所述抑波结构的所述天线阵2的驻波比小于等于2的谐振频带为76.8GHz-79.6GHz，通过对比可知所述天线阵2的带宽变宽(请参阅图7)。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims

1.一种平面天线结构，其特征在于，包括：

其中，所述电磁带隙结构为超材料。

2.根据权利要求1所述的平面天线结构，其特征在于，以所述第一阵元的延伸方向为第一方向，以多个所述第一阵元间隔分布的方向为第二方向；

对应的，所述导电通孔设置四个。

3.根据权利要求2所述的平面天线结构，其特征在于，所述电磁带隙结构中的四个所述贴片块中，任意两个所述贴片块之间的间距相同。

4.根据权利要求2所述的平面天线结构，其特征在于，所述电磁带隙结构设置多个，且沿第二方向等间隔设置。

5.根据权利要求4所述的平面天线结构，其特征在于，四个所述贴片块中，任意两个所述贴片块之间的间距相同且为D1；

相邻两个所述电磁带隙结构之间的间距为D2，且D1＝D2。

6.根据权利要求4所述的平面天线结构，其特征在于，沿第二方向上，多个所述第一阵元之间对应在所述基板上形成激励区域；

7.根据权利要求1所述的平面天线结构，其特征在于，所述天线阵还包括多个第二阵元，多个所述第二阵元均背向所述第一阵元延伸设置；

所述布阵区设置两个，且分设于所述抑制区的相对两侧；

所述抑波结构对应所述布阵区设置两个。

8.根据权利要求1所述的平面天线结构，其特征在于，所述基板的材质为PTFE、碳氢化合物、PPE、PTFE复合材料、碳氢化合物复合材料和PPE复合材料其中的一种；和/或，

所述基板的相对介电常数ε_r为2.8≦ε_r≦3.2；和/或，

所述金属层的材质为铜。

9.一种雷达，其特征在于，包括如权利要求1至8中任意一项所述的平面天线结构。

10.根据权利要求9所述的雷达，其特征在于，所述雷达是车载毫米波雷达。