CN215989230U - 一种天线及雷达 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种天线及雷达，包括介质基板、馈线和若干天线阵元；其中，上述馈线设置于上述介质基板的第一表面上；上述若干天线阵元设置于上述第一表面上，且上述若干天线阵元设于上述馈线两侧，并均与上述馈线连接，每个上述天线阵元与上述馈线相互垂直设置。通过上述方式，本申请能够缩小雷达天线的整体尺寸。
Description
技术领域
本实用新型属于雷达技术领域，特别是涉及一种天线及雷达。
背景技术
随着全球汽车智能化、电动化、网联化、共享化快速发展，车载雷达的市场规模正在加速扩大，而天线作为车载雷达的“眼睛”，对目标探测、分析与识别至关重要。车载毫米波雷达可以根据工作距离分为三种：长距雷达、中距离雷达和短距雷达。长距雷达的探测距离可以达到200m以上，因此需要天线具有较窄的波束和较高的增益，与其他雷达天线相比，77GHz长距雷达天线可实现更窄的波瓣宽度及更高的增益，从而实现更远距离的探测。
传统的77GHz雷达天线采用矩形贴片组成的贴片宽度加权的串馈线阵，依据切比雪夫综合法或泰勒综合法计算各阵元的电流分布和对应的阵元宽度，实现低副瓣和高增益的设计。但传统的串馈线阵占据较大空间，严重制约了雷达天线的整体尺寸。
实用新型内容
本实用新型主要解决的技术问题是提供一种天线及雷达，能够缩小雷达天线的整体尺寸。
为解决上述技术问题，本申请提供一种天线，包括介质基板、馈线和若干天线阵元；其中，上述馈线设置于上述介质基板的第一表面上；上述若干天线阵元设置于上述第一表面上，且上述若干天线阵元设于上述馈线两侧，并均与上述馈线连接，每个上述天线阵元与上述馈线相互垂直设置。
优选地，相邻设置的两个上述天线阵元之间的间距为二分之一等效介质波长。
优选地，位于上述馈线一侧的天线阵元在馈线上的投影，和位于上述馈线另一侧的天线阵元在馈线上的投影交替设置。
优选地，位于上述馈线同一侧的天线阵元的宽度沿上述馈线的延伸方向先增大后减小。
优选地，每个上述天线阵元的长度为二分之一等效介质波长。
优选地，上述天线阵元的宽度沿上述馈线延伸方向呈泰勒加权分布。
优选地，上述天线阵元的数量为2N个，N为大于或等于3的自然数。
优选地，上述介质基板的第二表面设有金属板或者金属层，且上述第二表面和上述第一表面分别位于上述介质基板的相对两侧。
优选地，上述金属板或者上述金属层完全覆盖上述第二表面。
为解决上述技术问题，本申请提供一种雷达，包括上述天线。
本申请的有益效果是：区别于现有技术的情况，本申请通过将若干天线阵元和馈线设置在介质基板的第一表面上，将若干天线阵元垂直设置在馈线的两侧，相对于现有技术的技术方案，本申请技术方案可以减小天线阵元在介质基板上的设置长度，进而减小介质基板的长度，减小天线的尺寸。同时，将天线阵元设置在馈线的两侧，可以增加天线阵元沿馈线延伸方向的辐射范围。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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他的附图。
其中：
图1是本申请天线一实施方式的侧视结构示意图；
图2是如图1所示天线的俯视示意图；
图3是如图1所示天线的仰视示意图；
图4是本申请天线的回波损耗图；
图5是本申请天线的方向图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本申请作进一步的详细描述。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本申请，但不对本申请的范围进行限定。同样的，以下实施例仅为本申请的部分实施例而非全部实施例，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它实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本申请发明人经过长期的研究发现，随着科技的发展，人们对汽车中雷达传感器提出更高要求，希望雷达探测精度和准确度更高，功能有更多的覆盖，降低成本减小尺寸。而传统的雷达天线中，串馈阵连接方式中的各阵元间距约一个介质波长，导致串馈线阵沿馈线延伸方向占据较大空间，一方面严重制约了车载雷达的整体尺寸，难以实现车载雷达的小型化，同时由于馈线的加长导致馈线的损耗大大增加。为了改善上述技术问题，本申请提出以下实施例。
请参阅图1，图1是本申请天线一实施方式的侧视结构示意图。
如图1所示，本实施方式中的天线10包括：介质基板12；馈线111，设置于介质基板12的第一表面121上；若干天线阵元112，设置于第一表面121上，若干天线阵元112设于馈线111两侧，且若干天线阵元112均与馈线111连接，每个天线阵元112与馈线111相互垂直设置。
在一些具体的应用示例中，天线10为板状，形状可以设置为矩形、方形、梯形等，此处不做限制。在本实施方式中，天线10可以是15.5mm*5.5mm*0.12mm的矩形，包括两个表面，在其他的应用示例中，介质基板12的厚度可以根据具体应用需求进行灵活调整，此处不做限制。本实施方式中，在满足应用需求的情况下，可以尽可能减小介质基板12的厚度，以减小介质基板12的尺寸。具体地，如图1所示，介质基板12的第一表面121上可以设置馈线阵11，在本实施方式中，可以设置介质基板12的厚度为0.12mm左右，馈线阵11沿介质基板12厚度方向上的高度可以设置为17um或者35um。
其中，馈线阵11垂直于介质基板12厚度方向上的延伸尺寸可以小于介质基板12沿该方向的尺寸，以确保馈线阵11可以在此方向上可以完全设置在第一表面121上，增加馈线阵11和介质基板12组装结构的稳定性。
请参阅图2，图2是如图1所示天线的俯视示意图。也即，图2是以第一表面121为介质基板12的上表面的示意图。如图2所示，馈线阵11设置于第一表面121上，且包括馈线111和若干天线阵元112。其中，设置于馈线111两侧的天线阵元112的数量可以设置为相等。馈线阵11可以沿第一表面121的中线延伸设置，在确保天线阵元112设在第一表面中的前提下，也可以将馈线阵11沿第一表面121中线两侧的其他位置延伸设置。
在一些具体的应用示例中，可以设置天线阵元112与馈线111垂直设置，并与馈线111连接。天线阵元112在馈线111的具体位置可以不做限制，天线阵元112沿馈线111延伸的方向不可超出第一表面121，以确保天线10的结构稳定性。
同时，馈线111两侧均设有天线阵元112，实现馈线111两侧均为天线阵元112的辐射空间，相比于天线阵元112位于馈线111同侧的技术方案，本实施方式可以拓宽馈线阵11的辐射范围。
进一步地，位于馈线111一侧的天线阵元112在馈线111上的投影，和位于馈线111另一侧的天线阵元112在馈线111上的投影交替设置。
具体地，在一些具体的应用示例中，位于馈线111两侧的天线阵元112沿馈线111垂直方向间隔设置。分别从馈线111的两侧对馈线111两侧的天线阵元112垂直投影，以使得若干天线阵元112均垂直投影在馈线111上。如图2所示，在垂直投影的情况下，位于馈线111同侧的每相邻天线阵元112在馈线111上的投影中间夹有一个异侧的天线阵元112的投影，沿馈线111延伸方向形成一个本侧天线阵元112的投影一个异侧天线阵元112的投影依次交替的情形。
通过上述实施方式，可以使得馈线111两侧的空间得到充分的利用，使整个馈线阵11的结构更加紧凑。
进一步地，相邻设置的两个天线阵元112之间的间距为二分之一等效介质波长。
如图2所示，在本实施方式中，可以设置位于馈线111同侧的天线阵元112等间距排列，其间距可以是一个等效介质波长。进一步地，位于馈线111两侧的天线阵元112在馈线111上投影为两侧天线阵元112交替设置，沿馈线111的延伸方向可以设置异侧的天线阵元112在同侧相邻两个天线阵元112的投影之间的中点位置，也即若将馈线111上相邻两个投影之间的距离的D1，则D1的大小为二分之一等效介质波长。
在馈线阵11中，馈线111的损耗很大，为减少损耗，要尽可能地减小馈线111的长度。通过设置两个天线阵元112之间的间距为二分之一等效介质波长，与相邻天线阵元112的间距为一个等效介质波长的馈线阵11相比，可以将馈线111的长度降低一半，能够降低馈线111的损耗，同时可以将天线10的尺寸降低一半，使得天线10更加小型化。
进一步地，每个天线阵元112的长度为二分之一等效介质波长。
在一些具体的应用示例中，可以设置馈线阵11中的每个天线阵元112的长度L1均相等，在实际生产过程中，天线阵元112的长度可能会有一定偏差。在本实施方式中，在控制的偏差范围内，可以将长度最小的天线阵元112置于馈线111的中间位置，沿馈线111的向两端延伸方向依次设置长度更大的天线阵元112，可以实现更好的仿真效果。天线阵元112的长度主要影响天线10的谐振点，在本实施方式中，天线10可以设置为77GHz雷达天线，如图2所示，可以设置天线阵元112的长度为二分之一介质波长，进而可以使得天线10的谐振点更接近77GHz，使得天线10在77GHz频率时，储存的能量更小，从而辐射效率更高，驻波更容易匹配。
进一步地，位于馈线111同一侧的天线阵元112的宽度沿馈线111的延伸方向先增大后减小。具体地，可以设置天线阵元112的宽度沿馈线111延伸方向呈泰勒加权分布。
对于长距雷达天线，由于作用的距离比较远，所以需要较高的增益以及较窄的波束，当阵列中单元数较多的时候，切比雪夫阵列两端激励幅度将会产生跳变，不利于馈电。因此，本实施方式中设置天线阵元112的宽度呈泰勒加权分布。
具体地，在本实施方式中，天线阵元112的宽度可以设置为最大为0.58mm，并设置位于馈线111同侧的天线阵元112以宽度W1的大小沿馈线111的延伸方向先增大后减小，可是使得阵元112的激励幅度由馈线111的中点向两端单调递减，使得馈线阵11两端的激励幅度不会产生跳变。
在天线阵元112的设置数量不同的情况下，宽度最大的天线阵元112的宽度可以灵活设置，此处不做限制。
具体地，可以设置沿馈线111的延伸方向，天线阵元112的宽度W1呈泰勒加权分布，以确保每个天线阵元112的阻抗满足泰勒分布，进而实现馈线111同侧的天线阵元112的电流服从泰勒分布，进而可以实现副瓣电平从中间向两端单调递减，更易改善天线10的方向性系数。
进一步地，天线阵元112的数量为2N个，其中N为大于或等于3的自然数。
在本实施方式中，可以设置天线阵元112的数量为偶数个，且设于馈线111两侧的天线阵元112的数量相等，例如可以设置天线阵元112的数量为10个，设于馈线111两侧的天线阵元112的数量分别为5个，以获得更好的天线方向图及增益。
通过设置馈线111两侧的天线阵元112的数量相等，更容易控制副瓣电平，改善天线10的辐射方向图和增益。
进一步地，介质基板12的第二表面122设有金属板13或者金属层(图未示)，第二表面122和第一表面121分别位于介质基板12的相对两侧。其中，金属板13或者金属层完全覆盖第二表面122。
请参阅图3，图3是如图1所示天线的仰视示意图。
在一些具体的实施方式中，介质基板12可以设置为矩形状，包括相对设置的第一表面121和第二表面122。如图1所示，第一表面121和第二表面122分别设于介质基板12的相对两侧。具体地，可以在第一表面121上设置有馈线阵11，与第一表面121相对的第二表面122上可以设置金属板13或者涂覆金属层，在一些具体的应用示例中，金属板13或者金属层可以为铜质材料，金属板13和金属层的厚度可以根据应用要求灵活设置，此处不做限制。
金属板13或者金属层可以截断电磁波的传输，在第二表面122上设置金属板13或者金属层，可以避免天线阵元112的电磁波经第二表面122辐射出去，进而使得电磁波仅能朝向第一表面121的方向辐射，实现更高的增益。
如图3所示，可以设置金属板13或者金属层完全覆盖第二表面122，以从第二表面122完全覆盖馈线阵11，进而更全面地阻断天线阵元112通过朝向第二表面122方向辐射，使得馈线阵11的辐射电磁波均朝向第一表面121的方向，以实现更高的增益。
请参阅图4，图4是本申请天线的回波损耗图。图4中横轴为频率，纵轴为回波损耗S11。
如图4所示，通过上述实施方式，可以使得天线10在75.7～77.2GHz范围内回波损耗小于-10dB，带宽为1.5GHz，在76.5GHz处回波损耗接近-24dB。
请参阅图5，图5是本申请天线的方向图。图5中横轴为角度，纵轴对应该角度小的增益。
如图5所示，通过上述实施方式可以实现天线10的最大增益为14.2dB，副瓣最大值为-18.2dB。在方位方向上，±60°范围内增益值大于6.0dB。在俯仰方向上，±6°范围内增益值大于12.5dB。
综上所述，本申请通过设置天线10中的馈线阵11为天线阵元112设置在馈线111的两侧，并将两相邻天线阵元112的间距设置为二分之一等效介质波长，与传统的馈线阵相比，降低了馈线阵11沿馈线111延伸方向的尺寸，进而降低了天线10的尺寸。同时，本申请设置天线阵元112的长度为二分之一等效介质波长，可以保证天线阵元112的谐振频率，宽度沿馈线111的延伸方向呈泰勒加权分布，也降低了天线10的副瓣电平。进一步地，本申请在与天线阵元112设置表面相对的第二表面122上设置金属板13或者金属层，可以避免天线阵元112所发射的电磁波朝向第二表面122的方向辐射，使得电磁波更多地朝向第一表面121的方向辐射，减少天线10方向的恶化，实现更高的增益。
为解决上述技术问题，本申请进一步提供一种雷达，包括上述的天线10。
以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种天线，其特征在于，包括：
介质基板；
馈线，设置于所述介质基板的第一表面上；
若干天线阵元，设置于所述第一表面上，所述若干天线阵元设于所述馈线两侧，且所述若干天线阵元均与所述馈线连接，每个所述天线阵元与所述馈线相互垂直设置。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，相邻设置的两个所述天线阵元之间的间距为二分之一等效介质波长。
3.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，位于所述馈线一侧的天线阵元在所述馈线上的投影，和位于所述馈线另一侧的天线阵元在所述馈线上的投影交替设置。
4.根据权利要求3所述的天线，其特征在于，位于所述馈线同一侧的天线阵元的宽度沿所述馈线的延伸方向先增大后减小。
5.根据权利要求4所述的天线，其特征在于，每个所述天线阵元的长度为所述二分之一等效介质波长。
6.根据权利要求1-5任一项所述的天线，其特征在于，所述天线阵元的宽度沿所述馈线延伸方向呈泰勒加权分布。
7.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，所述天线阵元的数量为2N个，其中N为大于或等于3的自然数。
8.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述介质基板的第二表面设有金属板或者金属层，所述第二表面和所述第一表面分别位于所述介质基板的相对两侧。
9.根据权利要求8所述的天线，其特征在于，所述金属板或者金属层完全覆盖所述第二表面。
10.一种雷达，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的天线。
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