CN214315246U

CN214315246U - 一种微带天线自适应调谐装置

Info

Publication number: CN214315246U
Application number: CN202120385380.0U
Authority: CN
Inventors: 王文鑫; 宋颖; 何德宽
Original assignee: Gekong Shanghai Intelligent Technology Co ltd
Current assignee: Gekong Shanghai Intelligent Technology Co ltd
Priority date: 2021-02-20
Filing date: 2021-02-20
Publication date: 2021-09-28
Anticipated expiration: 2031-02-20

Abstract

本实用新型公开了一种微带天线自适应调谐装置，属于天线技术领域，具体包括天线组件和雷达芯片，雷达芯片包括功率发射单元和回波检测单元，天线组件包括微带天线和调谐电路；功率发射单元用于输出频率和功率为固定值的射频信号；回波检测单元用于在对天线组件进行调谐时，检测射频信号的前向功率和反向功率，并根据检测到的前向功率和反向功率计算驻波比，以及若检测计算所得的驻波比与预设驻波比的偏离值大于预设阈值，则输出调谐信号；调谐电路用于根据调谐信号对微带天线进行调谐。通过本申请的处理方案，提高了微带天线的适应能力，保证雷达的感应能力。

Description

一种微带天线自适应调谐装置

技术领域

本实用新型涉及天线技术领域，具体涉及一种微带天线自适应调谐装置。

背景技术

近些年随着智能设备的普及，越来越多的智能终端使用到了天线技术，天线作为通信、广播、雷达、制导等无线电应用系统的关键设备，随着技术的革新，天线在功能、设计及制造工艺上都发了巨大变化，比如微带天线，已逐步被用于无线通信中。

虽然有线网已发展成熟，但对于不能进行有线通信的领域，不如广大农村以及偏远地区，无线通信更可能是唯一选择。因此，微带天线将的发展和应用将具有广阔应用前景。

现有微带patch天线，通常是使用介质基材(比如FR4)而制作为2层或4层PCB板(即印制电路板)的天线。但在微波频段(如5.8GHz)使用时，鉴于波长较短，很容易受到PCB加工工艺(如介电常数、板厚、馈线宽度)、安装方法、安装环境(如天线紧贴玻璃或塑料结构安装)的影响，因而实际使用中天线的传输特性发生恶化，比如谐振点发生偏离，收发隔离度变差，使得天线传输效率变低，影响了雷达最终感应性能。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种微带天线自适应调谐装置，以对微带天线进行自适应调整，可提高微带天线在实际使用环境下的传输特性。

本实用新型提供以下技术方案：

一种微带天线自适应调谐装置，包括天线组件和雷达芯片，所述雷达芯片包括功率发射单元和回波检测单元，所述天线组件包括微带天线和调谐电路；所述功率发射单元用于输出频率和功率为固定值的射频信号；所述回波检测单元用于在对所述天线组件进行调谐时，检测所述射频信号的前向功率和反向功率，并根据检测到的前向功率和反向功率计算驻波比，以及若检测计算所得的驻波比与预设驻波比的偏离值大于预设阈值，则输出调谐信号，所述调谐信号用于对所述调谐电路进行调谐，以使重新检测计算所得的驻波比与预设驻波比的偏离值不大于预设阈值；所述调谐电路用于根据所述调谐信号对所述微带天线进行调谐。

在一种优选的实施方式中，所述调谐电路包括由电容和/或电感组成的调谐阵列。

在一种优选的实施方式中，所述调谐阵列包括用于接收所述调谐信号的数字接口。

在一种优选的实施方式中，所述回波检测单元包括第一检测单元和第二检测单元，所述第一检测单元用于检测所述功率发射单元发射的前向功率，所述第二检测单元用于检测所述雷达芯片接收的反向功率。

在一种优选的实施方式中，所述第一检测单元包括第一定向耦合器，所述第二检测单元包括第二定向耦合器，其中第一定向耦合器用于耦合所述功率发射单元发射的前向功率，第二定向耦合器用于耦合所述雷达芯片接收的反向功率。

在一种优选的实施方式中，所述雷达芯片与所述天线组件构成射频前端。

在一种优选的实施方式中，所述雷达芯片还包括用于数字处理的AISC。

与现有技术相比，本实用新型能够达到的有益效果至少包括：

通过基于外部天线的tuner(即调谐电路)及雷达芯片内部的回波检测单元和功率发射单元，可对安装使用环境下的天线进行自动调谐，使得微带天线与雷达芯片重新匹配到匹配传输状态，可以避免天线因PCB生产工艺、安装环境等实际使用环境的影响，提高了天线对使用环境的适应能力，保证微波雷达在实际使用环境中的感应性能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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它的附图。

图1是本实用新型的实施例中一种微带天线的结构示意图；

图2是本实用新型的实施例中一种微带天线在FR4的介电常数为4.6时的天线特性仿真示意图；

图3是本实用新型的实施例中一种微带天线在FR4的介电常数为4.2时的天线特性仿真示意图；

图4是本实用新型的实施例中一种微带天线未安装玻璃板时天线特性仿真示意图；

图5是本实用新型的实施例中一种微带天线紧贴安装玻璃板时天线特性仿真示意图；

图6是本实用新型的实施例中一种微带天线自适应调整装置的结构示意图；

图7是本实用新型的实施例中一种微带天线自适应调整装置中调谐阵列的结构示意图；

图8是本实用新型的实施例中一种微带天线自适应调整装置中用于检测的耦合器的结构示意图；以及

图9是本实用新型的实施例中一种微带天线自适应调整装置中雷达芯片的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，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申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请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，在没有背离本申请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。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本申请，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目和方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

以目前常用5.8GHz雷达微带patch天线为例，天线方案可如图1所示，天线分为6个部分：辐射贴片，馈点，信号线，地，介质基片，辐射边界。

如图1所示，微带patch天线是一种微带天线(microstrip antenna)，即在一个薄介质基片上，一面附上金属薄层作为接地板，另一面通过刻蚀方法制成一定形状的金属贴片(如图中长方形状的辐射贴片)，利用如图中所示的微带线或同轴探针等作为信号线对辐射贴片进行馈电，从而构成整体天线结构，其中信号线的一端作为馈点为外部电路连接，而天线周围构成辐射区边界。

但在实际使用中，微带patch天线的特性容易受到各种因素的影响。

例如受PCB生产工艺影响。如图2-3所示，微带天线的介质基片，常用的为KB或南亚普通材质FR4，其介电常数在3.2-4.7之间，因板材介电常数一致性的变化会对天线驻波(S11、S22)及隔离度(S21)等指标产生明显的影响，比如Er＝4.2时天线谐振点会比Er＝4.6时向高频偏移约200Mhz。

例如受到安装环境影响。如图4-5所示，图4为patch天线上方净空情形的仿真示意说明(其中，图示中的“1”和“2”两处微带为馈点)，图5为patch天线上方非净空情形(比如天线上方紧贴放置一块3mm厚的玻璃)的仿真示意说明，根据图5与图4的仿真情况对比可知，在天线上方紧贴3mm厚度的玻璃后，收发天线之间的隔离度也从上方净空时的约33dB降低到约22dB，隔离度恶化了11dB。而且，紧贴玻璃安装后，天线谐振点完全偏掉，天线性能急剧恶化。

由此可知，微带patch天线的特性容易受到各种因素的影响，从而将会导致实际雷达的收发模块在连接天线时的性能与模块单独测试时的性能有显著差异，即影响了雷达最终的感应距离，甚至导致雷达工作不正常。

基于此，本实用新型公开实施例提供一种微带天线自适应调谐装置。

如图6所示，微带天线自适应调谐装置100可包括天线组件110和雷达芯片120，雷达芯片120包括功率发射单元121和回波检测单元122，天线组件110包括微带天线111和调谐电路112。

雷达芯片120的天线端口与天线组件110的射频端口进行射频连接，具体可根据实际使用需要，采用如微带线、射频同轴电缆、微波波导等射频信号传输方式实现射频连接；雷达芯片120的控制接口与天线组件110中的调谐接口进行电连接。

功率发射单元121用于产生频率和发射功率均为固定值的射频信号，比如频率为5.8GHz，发射功率为-10dBm，这时雷达芯片120将通过天线端口向天线组件110发送该射频信号。

回波检测单元122用于在对天线组件110进行调谐时，检测雷达芯片120的天线端口处的前向功率和反向功率，并根据检测到的前向功率和反向功率计算驻波比，以及若检测计算所得的驻波比与预设驻波比的偏离值大于预设阈值，则通过雷达芯片的控制接口与天线组件110的调谐接口之间的电连接，向调谐电路112输出调谐信号，以对调谐电路112进行调谐，使得重新检测计算所得的驻波比与预设驻波比的偏离值不大于预设阈值。

调谐电路112用于根据调谐信号对微带天线111进行调谐，避免微带天线111因安装使用环境的影响而出现性能恶化，比如谐振点偏离、驻波比恶化等，使得微带天线111工作在与雷达芯片120的匹配的最佳工作状态。

例如，天线组件110安装于实际使用环境中，并与雷达芯片120连接后，若天线可能受到实际安装环境的影响而造成天线的性能出现数恶化，比如驻波比变差，这时回波检测单元122将接收到较强的反射能量，因而可知此时天线组件110可能因环境影响而出现性能恶化，需要重新调谐。这样，可通过调谐，即将雷达芯片120的天线端口处在使用环境下的驻波比调整到预设驻波比，可以认为此时微带天线111在实际安装使用环境下的驻波达到最佳值，实现天线组件110与雷达芯片120之间的匹配传输，调谐结束。

实施中，预设驻波比可根据实际应用需要而进行预设，比如预设驻波比为1.5；预设阈值也可以根据实际应用需要进行预设，比如预设阈值为±0.5之内。

通过基于外部天线的tuner(即调谐电路)及雷达芯片内部的回波检测单元，对实际使用环境下的天线进行自动调谐，使得安装的微带天线与雷达芯片重新匹配到匹配传输状态，可以避免天线因PCB生产工艺、安装环境等实际使用环境的影响，提高天线的性能一致性，保证微波雷达在实际使用环境中的感应性能。

在一种优选的实施方式中，调谐电路112可包括由电容和/或电感组成的调谐阵列，通过将调谐阵列中的电容、电感接入到调谐电路中，改变微带天线与射频端口之间的阻抗，从而可通过阻抗调谐的方式来改善天线的工作参数，比如驻波、隔离度等。

参考图7，调谐阵列可包括电容、电感及射频开关，比如可通过SP4T射频开关将电容、电感接入到微带天线的电路中，从而改变微带天线电路中的阻抗。

在一种优选的实施方式中，该调谐阵列可为包括数字接口的调谐阵列，比如数字接口可为I²C、MIPI(Mobile Industry Processor Interface，移动行业处理器接口)或其他通信接口。

相应地，雷达芯片120也包括对应的数字接口，从而通过数字接口，既可简化雷达芯片120与天线组件110之间的调谐连接，又能提高调谐控制的便利性、可靠性。

实施中，可根据实际应用需要而确定数字接口的形式，这里不对数字接口作限定。

在一种优选的实施方式中，构成天线组件110的调谐电路112与微带天线111可构成前端组件，即调谐电路112可靠近天线面的馈线摆放，并与微带天线共同构成前端组件。这样，作为前端组件的天线组件可作为一个独立组件，在生产及使用中可独立测试、安装及使用。

在一种优选的实施方式中，回波检测单元122可包括第一检测单元和第二检测单元，从而可通过第一检测单元对功率发射单元发射的前向功率进行检测，以及通过第二检测单元对雷达芯片接收到的反向功率进行检测，其中反向功率为在天线组件与雷达芯片连接时，因连接处于失配而对功率发射单元发射的前向功率发射回雷达芯片中的反向功率。

通过采用第一检测单元和第二检测单元，既可简化电路，易于集成，又能方便检测及处理，提高性能一致性。

在一种优选的实施方式中，检测单元可通过定向耦合器获取被检测的微波信号。这时，第一检测单元可包括第一定向耦合器，第二检测单元第二定向耦合器，其中第一定向耦合器用于耦合功率发射单元121发射的功率(即前向功率)，第二定向耦合器用于耦合雷达芯片120的天线端口处该前向功率对应的反射功率(即反向功率)。

参考图8，通过前向耦合器和反向耦合器这两个定向耦合器分别对前向和反向功率进行检测，这时回波检测单元可对检测到的功率进行处理和计算，从而可计算获得驻波比，然后根据计算获得的驻波比对天线组件进行调谐，使得微带天线在安装使用环境中的驻波比调整到与雷达芯片匹配时的预设驻波比。

在一种优选的实施方式中，雷达芯片120还可包括用于数字处理的ASIC(Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路)等，从而将计算、调谐控制等使用数字处理电路完成，可简化回波检测单元，提高电路处理效率。

参考图9，雷达芯片120采用集成式的雷达芯片，该雷达芯片中除了集成有定向耦合检测单元、天线巴伦变压器、低噪放LNA、混频其MIXER1、电流转电压I2V、滤波及模数转换ADC、功率放大器PA、本振VCO等电路外，还可集成有ASIC，这样可由ASIC作数字处理操作，如生成数字控制信息Digital，I²C通信、GPIO控制等。

实施中，雷达芯片还可提供外置的调节接口，如天线的匹配match的接口、信号滤波接口ac_couple等。

通过将除天线及tuner外的其他电路，如回波检测单元、功率发射单元、接收单元等电路，集成在单颗雷达IC中，可简化天线调谐的电路灵活性。

在一种优选的实施方式中，雷达芯片还可与天线组件构成射频前端，进一步简化电路设计，简化雷达系统设计，提高工作可靠性。

实施中，可通过将雷达芯片与天线组件构成射频前端，从而可通过射频前端灵活地在使用环境中进行安装使用，并在安装后雷达芯片可根据检测结果对天线进行自动调谐。

在一种优选的实施方式中，还可基于雷达芯片的数字接口对射频前端进行参数配置，进一步提高雷达的灵活性。

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，可轻易想到的变化或替换，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权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种微带天线自适应调谐装置，其特征在于，包括天线组件和雷达芯片，所述雷达芯片包括功率发射单元和回波检测单元，所述天线组件包括微带天线和调谐电路；

所述功率发射单元用于输出频率和功率为固定值的射频信号；

所述回波检测单元用于在对所述天线组件进行调谐时，检测所述射频信号的前向功率和反向功率，并根据检测到的前向功率和反向功率计算驻波比，以及若检测计算所得的驻波比与预设驻波比的偏离值大于预设阈值，则输出调谐信号，所述调谐信号用于对所述调谐电路进行调谐，以使重新检测计算所得的驻波比与预设驻波比的偏离值不大于预设阈值；

所述调谐电路用于根据所述调谐信号对所述微带天线进行调谐。

2.根据权利要求1所述的微带天线自适应调谐装置，其特征在于，所述调谐电路包括由电容和/或电感组成的调谐阵列。

3.根据权利要求2所述的微带天线自适应调谐装置，其特征在于，所述调谐阵列包括用于接收所述调谐信号的数字接口。

4.根据权利要求1所述的微带天线自适应调谐装置，其特征在于，所述回波检测单元包括第一检测单元和第二检测单元，所述第一检测单元用于检测所述功率发射单元发射的前向功率，所述第二检测单元用于检测所述雷达芯片接收的反向功率。

5.根据权利要求4所述的微带天线自适应调谐装置，其特征在于，所述第一检测单元包括第一定向耦合器，所述第二检测单元包括第二定向耦合器，其中第一定向耦合器用于耦合所述功率发射单元发射的前向功率，第二定向耦合器用于耦合所述雷达芯片接收的反向功率。

6.根据权利要求1所述的微带天线自适应调谐装置，其特征在于，所述雷达芯片与所述天线组件构成射频前端。

7.根据权利要求1所述的微带天线自适应调谐装置，其特征在于，所述雷达芯片还包括用于数字处理的AISC。