CN215989259U - 一种平衡-不平衡变换结构、雷达装置以及车辆 - Google Patents
一种平衡-不平衡变换结构、雷达装置以及车辆 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型提供一种平衡‑不平衡变换结构、雷达装置以及车辆，所述平衡‑不平衡变换结构包括：第一微带线，用于传输第一信号，其具有第一端口；第二微带线，用于传输第二信号，其具有第二端口；第三微带线，用于传输第三信号，其具有第三端口，所述第三微带线基于T型结与所述第一微带线和所述第二微带线电磁连接；其中，所述第一微带线的长度大于所述第二微带线的长度，所述第三微带线由与所述T型结电磁连接的第一阻抗部和具有所述第三端口的第二阻抗部构成，所述第一阻抗部呈梯形，以将所述T型结处的第一特性阻抗值转变成所述第三端口处的第二特性阻抗值。本实用新型可满足雷达芯片与天线之间的预设需求。
Description
技术领域
本实用新型涉及通信技术领域，尤其涉及一种平衡-不平衡变换结构、雷达装置以及车辆。
背景技术
现有技术是采用RO3003 5mil(即介质厚度为5mil的微波材料RO3003)电解铜板材设计微带线毫米波巴伦，频段是77GHz。雷达芯片差分输出端口的77GHz信号通过所述毫米波巴伦将100欧姆差分阻抗合成为单端50欧姆阻抗，再经馈线输出至发射天线。或者将天线接收的77GHz信号，经馈线再由毫米波巴伦将单端50欧姆阻抗分成一对100欧姆差分信号输入至所述雷达芯片的差分输入端口。
而现有的毫米波汽车雷达天线的基片一般是RO3003 5mil电解铜板材的。而天线对有效介质常数的偏差比较敏感，有效介质常熟的偏差一般是由印刷版的蚀刻精度和不同产地造成的。基于RO30035mil电解铜板材设计的天线存在工作频带窄、增益低、产地和品牌兼容性差等缺点。而且天线的实测比仿真的偏差大，导致基于RO30035mil电解铜混压板的良率较低、一致性差以及制板成本高等缺点。
发明内容
本实用新型提供一种平衡-不平衡变换结构、雷达装置以及车辆，用以解决现有技术中基于RO3003 5mil电解铜板材设计的天线存在工作频带窄、增益低、产地和品牌兼容性差等缺点。
第一方面，本实用新型实施例提供了一种平衡-不平衡变换结构，用于射频电路，包括：
第一微带线，用于传输第一信号，其具有第一端口；
第二微带线，用于传输第二信号，其具有第二端口；
第三微带线，用于传输第三信号，其具有第三端口，所述第三微带线基于T型结与所述第一微带线和所述第二微带线电磁连接；
其中，所述第一微带线的长度大于所述第二微带线的长度，所述第三微带线由与所述T型结电磁连接的第一阻抗部和具有所述第三端口的第二阻抗部构成，所述第一阻抗部呈梯形，以将所述T型结处的第一特性阻抗值转变成所述第三端口处的第二特性阻抗值。
在本实用新型的一实施例中，所述第一阻抗部朝向所述T型结一侧的宽度小于其朝向所述第三端口一侧的宽度。
在本实用新型的一实施例中，所述第一微带线由第一连接部和第二连接部构成，所述第一连接部的宽度大于所述第二连接部的宽度，并且所述第二连接部的一端基于所述T型结与所述第二微带线和所述第三微带线电磁连接，所述第二连接部与所述第二微带线和所述第三微带线电磁连接的一端呈半圆形。
在本实用新型的一实施例中，所述第二微带线由第三连接部和第四连接部构成，所述第三连接部的宽度大于所述第四连接部的宽度，并且所述第四连接部的一端基于所述T型结与所述第一微带线和所述第三微带线电磁连接。
在本实用新型的一实施例中，在信号发射工况下，所述第一微带线经由所述第一端口接收所述第一信号，所述第二微带线经由所述第二端口接收所述第二信号，所述第三微带线经由所述T型结接收所述第一信号和第二信号的合成信号并将所述合成信号从所述第三端口输出，其中，所述第一信号和所述第二信号具有不同的初始相位。
在本实用新型的一实施例中，在信号发射工况下，所述第一信号在所述T型结处的相位与所述第二信号在所述T型结处的相位相同，并且所述第三信号的振幅等于所述第一信号和所述第二信号的振幅之和。
在本实用新型的一实施例中，在信号接收工况下，所述第三微带线从外部接收所述第三信号并经由所述T型结将所述第三信号差分为所述第一信号和所述第二信号，所述第一微带线经由所述第一端口输出所述第一信号，所述第二微带线经由所述第二端口输出所述第二信号，其中，所述第一信号和所述第二信号具有不同的相位。
在本实用新型的一实施例中，所述第一特性阻抗值为75欧姆，所述第二特性阻抗值为50欧姆。
在本实用新型的一实施例中，所述第一连接部与所述第三连接部之间的间距是0.1～0.23mm，所述第一连接部的宽度是0.28～0.44mm，所述第二连接部的宽度是0.16～0.22mm，所述第二连接部与所述第四连接部之间的间距是0.3～0.56mm。
第二方面，本实用新型实施例还提供了一种雷达装置，所述雷达装置包括如第一方面任一项所述的平衡-不平衡变换结构。
第三方面，本实用新型实施例还提供了一种车辆，所述车辆包括如第二方面所述的雷达装置。
本实用新型提供的平衡-不平衡变换结构、雷达装置以及车辆，通过所述第一微带线、第二微带线以及第三微带线实现差分信号和单端信号的相互转换，并且通过在所述第三微带线上设置的第一阻抗部实现第一特性阻抗值与第二特性阻抗值的转换，可满足雷达芯片与天线之间的预设需求。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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获得其他的附图。
图1是本实用新型提供的平衡-不平衡变换结构的结构示意图。
图2是本实用新型一实施例提供的平衡-不平衡变换结构的结构示意图。
附图标记：
100：巴伦结构； 101：第一微带线； 102：第二微带线；
103：第三微带线； 104：第一端口； 105：第二端口；
106：第三端口； 107：T型结； 108：第一阻抗部；
109：第一连接部； 110：第二连接部； 111：第三连接部；
112：第四连接部； 113：半圆形； 114：第一宽度；
115：第二宽度。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型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。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。
本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等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，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。
以下对本实用新型涉及的技术术语进行描述：
巴伦(balun，平衡-不平衡)为一种三端口器件，或者说是一种通过将匹配输入转换为差分输出而实现平衡传输线电路与不平衡传输线电路之间的连接的宽带射频传输线变压器。巴伦的功能在于使系统具有不同阻抗或与差分/单端信令兼容，并且用于手机和数据传输网络等现代通信系统。
为了解决现有技术中基于RO3003 5mil电解铜板材设计的天线存在工作频带窄、增益低、产地和品牌兼容性差等缺点，本实用新型提供了一种平衡-不平衡变换结构、雷达装置以及车辆，通过所述第一微带线、第二微带线以及第三微带线实现差分信号和单端信号的相互转换，并且通过在所述第三微带线上设置的第一阻抗部实现第一特性阻抗值与第二特性阻抗值的转换，可满足雷达芯片与天线之间的预设需求。
本实用新型所述的平衡-不平衡变换结构(或称为巴伦结构)可应用于RO300310mil(介质厚度为10mil的微波材料RO3003)板材。
下面结合图1-图2描述本实用新型所述的平衡-不平衡变换结构、雷达装置以及车辆。
请参阅图1，图1是本实用新型提供的平衡-不平衡变换结构的结构示意图。一种平衡-不平衡变换结构100，包括第一微带线101、第二微带线102以及第三微带线103。
示例性地，第一微带线101线具有第一端口104，第一微带线101用于传输第一信号，所述第一信号可以是从雷达芯片输出的差分信号。
具体地，第一微带线101由第一连接部109和第二连接部110构成，第一连接部109的宽度大于第二连接部110的宽度，并且第二连接部110的一端基于T型结107与第二微带线102和第三微带线103电磁连接，第二连接部110与第二微带线102和第三微带线103电磁连接的一端呈半圆形。由于所述半圆形的设计，使得第一信号的相位滞后180°。因此，由于第一连接部109和第二连接部110的设计，可使得第一信号在T型结107处的相位为0°，以用于阻抗匹配和相位补偿。
示例性地，第二微带线102具有第二端口105，第二微带线102用于传输第二信号，所述第二信号可以是从雷达芯片输出的差分信号。
具体地，第二微带线102由第三连接部111和第四连接部112构成，第三连接部111的宽度大于第四连接部112的宽度，并且第四连接部112的一端基于T型结107与第一微带线101和第三微带线103电磁连接。由于第三连接部111和第四连接部112的设计，可使得第二信号在T型结107处的相位为0°，以用于阻抗匹配和相位补偿。
由于第一微带线101的长度大于第二微带线102的长度，使得对应第一端口104的第一信号的相位滞后180°，与第二端口105的第二信号的相位相同，振幅相同。
示例性地，第三微带线103具有第三端口106，所述第三微带线基于T型结与所述第一微带线和所述第二微带线电磁连接，第三微带线103用于传输第三信号，所述第三信号可以是用于输入至雷达天线的单端信号。
在信号发射工况下，第一微带线101经由第一端口104接收第一信号，第二微带线102经由第二端口105接收第二信号，第三微带线103经由T型结107接收第一信号和第二信号的合成信号并将所述合成信号从第三端口106输出(例如从第三端口106输入至雷达芯片)，其中，所述第一信号和所述第二信号具有不同的初始相位。例如，第一信号在第一端口104处的初始相位为0°，第二信号在第二端口处的初始相位为180°，第一信号的振幅与第二信号的振幅相同。根据功率合成原理可知，相位相同，振幅也相同的信号合成的效率最高。
同理，在信号接收工况下，第三微带线103从外部(例如天线)接收第三信号并经由T型结107将第三信号差分为第一信号和第二信号，第一微带线101经由第一端口104输出第一信号，第二微带线102经由第二端口105输出第二信号，其中，所述第一信号和所述第二信号具有不同的相位。
由上述可知，第一信号在T型结107处的相位与第二信号在T型结107处的相位相同，所以，所述第一信号和所述第二信号在T型结107处汇合成一路信号，即第三信号，所述第三信号的振幅等于所述第一信号和所述第二信号的振幅之和。其中，所述T型结107是三路信号(第一信号、第二信号、第三信号)的汇合处。例如，第一信号和第二信号在T型结107的中点处汇合成第三信号。
通过上述第一微带线101、第二微带线102以及第三微带线的103的设计，能够实现从雷达芯片输出的差分信号和输入至天线的单端信号相互转换。
此外，由于上述T型结107处的特性阻抗与天线端口的阻抗不匹配，会导致天线端口电压驻波比上升，导致天线的辐射效率下降，因此本实用新型通过在上述平衡-不平衡变换结构100的第三微带线103设计了第一阻抗部108，第三微带线103由与T型结107电磁连接的第一阻抗部108和具有所述第三端口106的第二阻抗部(图中未标示)构成，第一阻抗部108呈梯形，以将T型结107处的第一特性阻抗值转变成第三端口106处的第二特性阻抗值。
例如，T型结107处的第一特性阻抗值为75欧姆，而天线端口处的第二特性阻抗值为50欧姆，那么通过第一阻抗部108可以实现将第一特性阻抗值转成第二特性阻抗值，即将75欧姆阻抗转换成50欧姆，并输出到第三端口106，由第三端口106输入至所述天线端口。
示例性地，第一阻抗部108可以是梯形结构，例如是等腰梯形结构，第一阻抗部108朝向T型结107一侧的宽度(即梯形的上边)小于朝向第三端口106一侧的宽度(即梯形的下边)。本实用新型由于设置了所述第一阻抗部，使得本实用新型可以应用在RO3003 10mil板材上，还可以向下兼容RO3003 5mil板材。
需要说明的是，本实用新型所述第一阻抗部的形状不限于上述梯形结构，还可以是其它形状结构，只要是基于分布参数电路的方法实现即可，所述分布参数电路是指微带线的电气特性由单位线长上的分布电感、分布电容、分布电阻以及分布电导来描述，其传输线已与串联电感和电阻、并联电容和电导融为一体。
综上所述，本实用新型通过所述第一微带线、第二微带线以及第三微带线实现差分信号和单端信号的相互转换，并且通过在所述第三微带线上设置的第一阻抗部实现第一特性阻抗值与第二特性阻抗值的转换，可满足雷达芯片与天线之间的预设需求，例如可满足差分信号和单端信号相互转换以及满足T型结的端口的特性阻抗与天线端口之间的特性阻抗转换需求。
以下通过一具体实施例对本实用新型所述平衡-不平衡变换结构应用于RO300310mil电解铜板材方面进行具体描述。
实施例一：
如果使用高频板材(如RO3003)的微带线设计77GHz频段电路，那么微带线的分布参数效应不能被忽略，其电气特性由单位线长上的分布电感、分布电容、分布电阻和分布电导来描述，此时传输线与串联电感和电阻、并联电容和电导融为一体。因此，使用基于分布参数的电路的方法设计平衡-不平衡变换结构，平衡-不平衡变换结构的具体参数尤其重要。
基于RO3003 10mil电解铜板材设计的毫米波平衡-不平衡变换结构，那么雷达芯片差分输出端口输出的是77GHz信号，需要通过设计的毫米波平衡-不平衡变换结构将100欧姆差分阻抗合成为单端50欧姆阻抗，再经馈线输出到发射天线。或者天线接收的77GHz信号，经馈线，再由毫米波巴伦单端50欧姆阻抗分成一对100欧姆差分信号输入至雷达芯片的差分输入端口。毫米波巴伦作为雷达芯片和天线之间的无源器件，需要随着天线一起变更其结构。
因此，基于RO3003 10mil电解铜板材设计的毫米波平衡-不平衡变换结构相比于基于RO30035mil电解铜板材设计的毫米波平衡-不平衡变换结构，更能配合天线稳定地工作。同时，基于RO3003 10mil电解铜板材设计的天线具有频带宽、增益高、产地和品牌兼容性强等优点，可使混压板的良率提高，一致性更好，制版成本更低，有利于雷达的批量生产。
请参考图2，图2是本实用新型一实施例提供的平衡-不平衡变换结构的结构示意图。图2示出的结构与图1是的结构是相同的，在此不再重复赘述。图2示出了本实用新型平衡-不平衡变换结构的一种应用，并具体示出了所述平衡-不平衡变换结构的具体参数。
示例性地，第一连接部109与第三连接部111之间的间距是0.1～0.23mm，第一连接部109的宽度是0.28～0.44mm，第二连接部110的宽度是0.16～0.22mm，第二连接部111与第四连接部112之间的间距是0.3～0.56mm。
例如，第一连接部109与第三连接部111之间的间距是0.15mm，第二连接部110与第四连接部112之间的间距是0.43mm，第一连接部109的宽度是0.33mm，第二连接部110的宽度是0.19mm，第二连接部110与所述第四连接部112之间的间距是0.43mm。第一连接部109的宽度和第三连接部111的宽度相等，第二连接部110的宽度和第四连接部112的宽度相等。
再例如，第一阻抗部108朝向T型结107一侧的第一宽度114(虚线部分)为0.30mm，第一阻抗部108朝向第三端口一侧的第二宽度115(虚线部分)为0.63mm，第一阻抗部108的长度为0.41mm。第四部件112与第三微带线103之间的距离是0.69mm。
由于天线的馈点阻抗是按照50欧姆设计，而平衡-不平衡变换结构的公共端口阻抗一般是70欧姆左右，二者是不匹配的，驻波变差，会影响天线工作。因此，需要通过本实用新型所述的第一阻抗部进行阻抗变换，将平衡-不平衡变换结构的70欧姆阻抗匹配成50欧姆阻抗。
需要说明的是，本实用新型所述平衡-不平衡变换结构可应用于高频场合，例如76-81GHz频段，并且本实用新型所述平衡-不平衡变换结构是通过分布参数实现的，分布参数是使用微带线模拟电容器和电感器。
示例性地，本实用新型还提供了一种雷达装置，所述雷达装置包括如上任一项所述的平衡-不平衡变换结构。
例如，雷达芯片将输出的所述第一信号与所述第二信号合成所述第三信号，所述第三信号输入至天线，或从所述天线输出的所述第三信号分成所述第一信号和所述第二信号分别输入至所述雷达芯片。
示例性地，本实用新型还提供了一种车辆，所述车辆包括如上所述的雷达装置。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (11)
1.一种平衡-不平衡变换结构，用于射频电路，其特征在于，包括：
第一微带线，用于传输第一信号，其具有第一端口；
第二微带线，用于传输第二信号，其具有第二端口；
第三微带线，用于传输第三信号，其具有第三端口，所述第三微带线基于T型结与所述第一微带线和所述第二微带线电磁连接；
其中，所述第一微带线的长度大于所述第二微带线的长度，所述第三微带线由与所述T型结电磁连接的第一阻抗部和具有所述第三端口的第二阻抗部构成，所述第一阻抗部呈梯形，以将所述T型结处的第一特性阻抗值转变成所述第三端口处的第二特性阻抗值。
2.根据权利要求1所述的平衡-不平衡变换结构，其特征在于，所述第一阻抗部朝向所述T型结一侧的宽度小于其朝向所述第三端口一侧的宽度。
3.根据权利要求1所述的平衡-不平衡变换结构，其特征在于，所述第一微带线由第一连接部和第二连接部构成，所述第一连接部的宽度大于所述第二连接部的宽度，并且所述第二连接部的一端基于所述T型结与所述第二微带线和所述第三微带线电磁连接，所述第二连接部与所述第二微带线和所述第三微带线电磁连接的一端呈半圆形。
4.根据权利要求3所述的平衡-不平衡变换结构，其特征在于，所述第二微带线由第三连接部和第四连接部构成，所述第三连接部的宽度大于所述第四连接部的宽度，并且所述第四连接部的一端基于所述T型结与所述第一微带线和所述第三微带线电磁连接。
5.根据权利要求1所述的平衡-不平衡变换结构，其特征在于，在信号发射工况下，所述第一微带线经由所述第一端口接收所述第一信号，所述第二微带线经由所述第二端口接收所述第二信号，所述第三微带线经由所述T型结接收所述第一信号和第二信号的合成信号并将所述合成信号从所述第三端口输出，其中，所述第一信号和所述第二信号具有不同的初始相位。
6.根据权利要求5所述的平衡-不平衡变换结构，其特征在于，在信号发射工况下，所述第一信号在所述T型结处的相位与所述第二信号在所述T型结处的相位相同，并且所述第三信号的振幅等于所述第一信号和所述第二信号的振幅之和。
7.根据权利要求1所述的平衡-不平衡变换结构，其特征在于，在信号接收工况下，所述第三微带线从外部接收所述第三信号并经由所述T型结将所述第三信号差分为所述第一信号和所述第二信号，所述第一微带线经由所述第一端口输出所述第一信号，所述第二微带线经由所述第二端口输出所述第二信号，其中，所述第一信号和所述第二信号具有不同的相位。
8.根据权利要求1所述的平衡-不平衡变换结构，其特征在于，所述第一特性阻抗值为75欧姆，所述第二特性阻抗值为50欧姆。
9.根据权利要求4所述的平衡-不平衡变换结构，其特征在于，所述第一连接部与所述第三连接部之间的间距是0.1～0.23mm，所述第一连接部的宽度是0.28～0.44mm，所述第二连接部的宽度是0.16～0.22mm，所述第二连接部与所述第四连接部之间的间距是0.3～0.56mm。
10.一种雷达装置，其特征在于，所述雷达装置包括如权利要求1-9中任一项所述的平衡-不平衡变换结构。
11.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括如权利要求10所述的雷达装置。
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