CN216436121U - 扇形天线和毫米波雷达 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种扇形天线和毫米波雷达，其中，该包括馈线、天线匹配端以及至少一个扇形阵元；扇形阵元串接于馈线上，扇形阵元的圆心角满足预设的旁瓣电平抑制需求；天线匹配端与馈线连接；其利用扇形阵元降低了毫米波雷达的天线面积，并且利用按照旁瓣电平抑制需求设置扇形阵元的圆心角，从而能够提高天线的增益，展宽天线的回波损耗，进而实现了对毫米波雷达的天线面积和雷达检测性能的兼顾。

Description

扇形天线和毫米波雷达

技术领域

本申请涉及天线技术领域，特别是涉及扇形天线和毫米波雷达。

背景技术

毫米波雷达具有分辨率高、频带宽以及抗干扰能力强等特性，广泛应用于车载系统、目标监视与跟踪以及船用导航等领域。其中，77GHz毫米波雷达因其体积小巧、探测精度高等优点，能够满足ACC(Adaptive Cruise Control，自适应巡航系统)、BSD(Blind SpotDetection，盲区监测系统)、LCA(Lane Change Assist，变道辅助系统)、FCW(ForwardCollision Warning，前向碰撞预警系统)等多项ADAS(Advanced Driving AssistanceSystem，高级驾驶辅助系统)功能的需求，从而被各大汽车厂商应用。目前一些毫米波雷达的天线结构，包括交错排列于馈线两侧的矩形辐射贴片。该种天线结构所采用的矩形辐射贴片，增加了相邻辐射贴片之间的电磁耦合长度，从而影响了天线的带宽和旁瓣抑制，进而降低了毫米波雷达的性能。另外的一些毫米波雷达的天线结构为串馈阵列天线结构，通过将n个线阵结构并联成一个面阵，使波束变窄，从而提高了毫米波雷达的性能。但这种串馈阵列的各阵列单元之间间隔较大，从而增大了天线的面积，增加了生产成本。

针对相关技术中存在毫米波雷达的天线面积和雷达检测性能无法兼顾的问题，目前还没有提出有效的解决方案。

发明内容

在本实施例中提供了一种扇形天线和毫米波雷达，以解决相关技术存在毫米波雷达的天线面积和雷达检测性能无法兼顾的问题。

第一个方面，在本实施例中提供了一种扇形天线，包括：馈线、天线匹配端以及至少一个扇形阵元；

所述扇形阵元串接于所述馈线上，所述扇形阵元的圆心角满足预设的旁瓣电平抑制需求；

所述天线匹配端与所述馈线连接。

在其中的一些实施例中，所述扇形天线包括多个扇形阵元，分布在所述馈线的不同位置上的所述扇形阵元的圆心角不同；其中，距离所述馈线中部位置越近的扇形阵元的圆心角越大。

在其中的一些实施例中，各个所述扇形阵元之间的圆心角的变化规律满足切比雪夫分布。

在其中的一些实施例中，各个所述扇形阵元之间的圆心角的变化规律满足泰勒分布。

在其中的一些实施例中，各个所述扇形阵元交错串接于所述馈线两侧。

在其中的一些实施例中，各个所述扇形阵元之间的间距为所述扇形天线的工作中心频率的波长长度的0.5倍。

在其中的一些实施例中，所述扇形天线包括至少三个扇形阵元。

在其中的一些实施例中，所述扇形阵元的半径为所述扇形天线的工作中心频率的波长长度的0.5倍。

在其中的一些实施例中，所述馈线包括介质层、天线覆铜层以及覆铜地层，其中，所述天线覆铜层和覆铜地层分布于所述介质层两侧。

第二个方面，在本实施例中提供了一种毫米波雷达，所述毫米波雷达包括上述第一个方面所述的扇形天线。

与相关技术相比，上述实施例提供了一种扇形天线与毫米波雷达，其中所提供的扇形天线，包括馈线、天线匹配端以及至少一个扇形阵元；扇形阵元串接于馈线上，扇形阵元的圆心角满足预设的旁瓣电平抑制需求；天线匹配端与馈线连接；其利用扇形阵元降低了毫米波雷达的天线面积，并且按照旁瓣电平抑制需求设置扇形阵元的圆心角，从而能够提高天线的增益，展宽天线的回波损耗，进而实现了对毫米波雷达的天线面积和雷达检测性能的兼顾。

本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本实施例的扇形天线的结构示意图；

图2是本实施例的应用于扇形天线的馈线的结构示意图；

图3是本实施例的扇形天线的增益方向图；

图4是本实施例的扇形天线的回波损耗带宽示意图；

图5是本实施例的毫米波雷达的结构示意图。

具体实施方式

为更清楚地理解本申请的目的、技术方案和优点，下面结合附图和实施例，对本申请进行了描述和说明。

除另作定义外，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应具有本申请所属技术领域具备一般技能的人所理解的一般含义。在本申请中的“一”、“一个”、“一种”、“该”、“这些”等类似的词并不表示数量上的限制，它们可以是单数或者复数。在本申请中所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”及其任何变体，其目的是涵盖不排他的包含；例如，包含一系列步骤或模块(单元)的过程、方法和系统、产品或设备并未限定于列出的步骤或模块(单元)，而可包括未列出的步骤或模块(单元)，或者可包括这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或模块(单元)。在本申请中所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并不限定于物理的或机械连接，而可以包括电气连接，无论是直接连接还是间接连接。在本申请中所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。通常情况下，字符“/”表示前后关联的对象是一种“或”的关系。在本申请中所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等，只是对相似对象进行区分，并不代表针对对象的特定排序。

在本实施例中提供了一种扇形天线10。图1为本实施例的扇形天线10的结构示意图，如图1所示，该扇形天线10包括：馈线12、天线匹配端14以及至少一个扇形阵元16；扇形阵元16串接于馈线12上，扇形阵元16的圆心角满足预设的旁瓣电平抑制需求；天线匹配端14与馈线12连接。

其中，该扇形天线10具体可以为微带天线。在一个薄介质基片上，一面附上金属薄层作为接地板，另一面用光刻腐蚀方法制成一定形状的金属贴片，利用微带线或同轴探针对贴片馈电构成的天线为微带天线。具体地，微带天线的分类可以包括多种。例如，按照微带天线结构上的特点进行划分，微带天线可以包括：微带贴片天线、微带缝隙天线以及微带天线阵。其中的微带天线阵为微带行波天线。又例如，按照微带天线的形状进行划分，微带天线可以包括圆形微带天线、矩形微带天线、以及环形微带天线等。另外，按照微带天线的工作原理分类，还可以将微带天线划分为谐振型(驻波型)和非谐振型(行波型)微带天线。本实施例提供的扇形天线10为一种谐振型微带天线。另外地，应用于微带天线的辐射贴片单元的形状可以为多种，具体可以为形状规则的矩形或多边形、还可以为形状不规则的椭圆形、环形或者扇形等，该辐射贴片可以作为微带天线的辐射元。微带天线的最大辐射方向可以处于测射方向上，也即垂直于基片的方向上。

天线的馈线为连接天线与收、发信机传送射频能量的传输线。馈线与天线具有良好的阻抗匹配，其传输损耗小、辐射效应小、且具有足够的频带宽度和功率容量。目前的馈线有平行双线、同轴线、微带线、波导管之分。本实施例中扇形天线10的馈线12可以为微带线。参照图1和图2，馈线12具体可以包括天线覆铜层121、介质层122以及覆铜地层123。扇形阵元16为形状为扇形的辐射贴片。采用扇形辐射贴片的扇形天线10属于微带贴片天线。其中扇形阵元16是扇形天线10的谐振单元，通过多个扇形阵元辐射，组成天线阵列，提高天线增益。

具体地，该扇形辐射贴片串接于馈线12上，多个扇形辐射贴片串接于该馈线12上时，可以基于馈线12实现多个扇形辐射贴片的连接。其中，根据实际应用场景的需要，当扇形天线10中包括多个扇形阵元16时，该多个扇形阵元16可以串接于馈线的同一侧，也可以交错串接于馈线12的两侧，还可以在该馈线12的某段区域中串接于该馈线12的其中一侧，并在馈线12的其他区域中串接于该馈线12的另一侧。其中，优选地，为了减少雷达天线的面积，可以将多个扇形阵元以交错的方式串接于馈线12上。另外地，由图2可知，可以将扇形阵元16的扇形顶点与馈线12相交，扇形阵元基于该顶点串接于馈线12上。另外地，在馈线12的任意一端可以连接天线匹配端14。该天线匹配端14用于连接该馈线12与其他微带线。其中，其他微带线具体可以为欧姆微带线。通过该扇形天线10天线匹配端14连接的50欧姆微带线，实现与其他部件的连接。例如，可以通过该欧姆微带线，与雷达芯片相连。利用该扇形天线10发射信号时，可以将信号经过该扇形天线10的馈线12传输至与至串接的扇形阵元16，并由扇形阵元16将信号辐射出去。另外，利用该扇形天线10接收信号时，可以利用扇形阵元16来接收信号。

天线方向图通常都有两个或多个瓣，其中辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为旁瓣，也可以称为副瓣。其中，天线方向图用于描述在远区相同距离的条件下，天线辐射场的相对值与空间方向的之间的关系。主瓣宽度表示能量辐射集中的程度，因此主瓣以外的旁瓣越小，分散辐射到这些旁瓣方向上的能量就越少，从而能量集中辐射的程度就越高，因此在天线结构的设计上需要对旁瓣进行抑制，从而提高天线覆盖范围的信号强度。

另外地，在本实施例的扇形天线10中，可以通过调节扇形阵元16的扇形弧度来达到实际应用中旁瓣电平的抑制需求。具体地，可以根据旁瓣电平的抑制需求，设置扇形阵元的圆心角，以改变扇形天线10的阻抗，从而实现旁瓣电平的抑制。其中，在扇形天线10中，分布于馈线12不同位置上的扇形阵元16的圆心角可以不同。其中，如图1所示，扇形阵元16的圆心角可以随分布位置由两端靠近馈线12的中部而逐渐增大。其中，扇形阵元16的圆心角的变化会改变扇形辐射贴片的大小，从而改变扇形阵元16的阻抗。扇形阵元16的阻抗变化会导致激励电流的大小产生变化。通过调整馈线12不同位置上的扇形阵元16的圆心角，能够使不同扇形阵元16的激励电流的幅度呈现一定规律的加权分布，从而达到抑制扇形天线10的旁瓣的目的。示例性地，扇形阵元16的圆心角的变化规律可以满足切比雪夫分布或者泰勒分布。可以理解地，扇形阵元16的圆心角的变化规律满足切比雪夫分布或者泰勒分布，是指扇形阵元16的圆心角的变化所导致的扇形阵元16的激励电流的幅度的加权分布呈现为切比雪夫分布或者泰勒分布。此外，圆心角的变化规律也可以根据实际应用场景的需求进行确定，在此不再赘述。另外地，扇形阵元的半径可以为扇形天线10工作中心频率的波长长度的0.5倍。为了使各扇形阵元的电流相位一直，可以将各扇形阵元之间的间隔设置为扇形天线10工作中心频率的波长长度的0.5倍。

图3为本实施例的扇形天线10的天线增益方向图。如图3所示，其中横轴为天线水平方向的辐射角度，纵轴为单位为dB(decibel，分贝)的天线增益。其中，天线增益在天线水平方向的辐射角度为0度时最高，随着该角度在水平方向的偏移，天线增益整体呈现降低趋势。图4为本实施例的回波损耗带宽示意图。其中横坐标为扇形天线10可工作的频段，纵坐标为回波损耗带宽。回波损耗，又称为反射损耗，是电缆链路由于阻抗不匹配所产生的反射。回波损耗具体为扇形天线16的反射波功率与入射波功率之比，具体可以以对数形式的绝对值来表示，单位是dB，因此，回波损耗是一种反映信号反射性能的参数。如图4所示，该回波损耗带宽在扇形天线10的工作于79GHz(Hertz，赫兹)至80GHz之间的频段范围时最低。

与相关技术中，使用矩形辐射贴片的天线结构，增加了相邻辐射贴片的电磁耦合长度，从而对天线带宽和旁瓣抑制造成影响相比，本实施例所采用的扇形阵元16能够降低贴片阵元也即本实施例的扇形阵元16之间的电磁耦合长度，从而提高天线增益、增加天线带宽，进而能够提升雷达检测的性能。与相关技术中，使用串馈阵列天线结构组成的面阵，增加了雷达天线面积从而增加了生产成本相比，本实施例所采用的扇形阵元16在提高雷达检测性能的同时还可以降低雷达天线的面积，从而减少生产成本和维护成本。

上述扇形天线10，包括馈线12、天线匹配端14以及至少一个扇形阵元16；扇形阵元16串接于馈线12上，扇形阵元16的圆心角满足预设的旁瓣电平抑制需求；天线匹配端14与馈线12连接；其利用扇形阵元16降低了毫米波雷达的天线面积，并且按照旁瓣电平抑制需求设置扇形阵元16的圆心角，从而能够提高天线的增益，展宽天线的回波损耗，进而实现了对毫米波雷达的天线面积和雷达检测性能的兼顾。

在一个实施例中，扇形天线10包括多个扇形阵元16，分布在馈线12的不同位置上的扇形阵元16的圆心角不同；其中，距离馈线中部位置越近的扇形阵元的圆心角越大。

另外地，在一个实施例中，各个扇形阵元16之间的圆心角的变化规律满足切比雪夫分布。

另外地，在一个实施例中，各个扇形阵元16之间的圆心角的变化规律满足泰勒分布。

另外地，在一个实施例中，各个扇形阵元16交错串接于馈线12两侧。

在一个实施例中，各个扇形阵元16之间的间距为扇形天线10的工作中心频率的波长长度的0.5倍。

在一个实施例中，扇形天线10包括至少三个扇形阵元16。其中，在扇形天线10中包括至少三个扇形阵元16时，该扇形天线10所产生的信号的波束更窄。

在一个实施例中，扇形阵元16的半径为扇形天线10的工作中心频率的波长长度的0.5倍。

在一个实施例中，馈线12包括介质层、天线覆铜层以及覆铜地层，其中，天线覆铜层和覆铜地层分布于介质层两侧。

在本实施例中，提供了一种毫米波雷达50，如图1和如图5所示，该毫米波雷达50包括一个或多个上述实施例的扇形天线10。其中，该毫米波雷达50还可以包括雷达芯片52，该雷达芯片52通过50欧姆微带线与扇形天线10中的天线匹配端14连接，从而控制扇形天线10发射或接受信号。具体地，雷达芯片52可以通过微带线与多个扇形天线10相连。其中，每个扇形天线10分别通过其天线匹配单元14连接对应的微带线。另外地，扇形天线10可以通过天线匹配单元14实现与雷达芯片52之间的阻抗匹配。

具体地，毫米波是无线电波中的一段，波长为1～10毫米的电磁波为毫米波，其位于微波与远红外波相交叠的波长范围，因而兼有两种波谱的特点。根据辐射电磁波方式不同，毫米波雷达主要分为脉冲体制以及连续波体制两种工作体制，在车载毫米波雷达中，可以采用FMCW调频连续波。在进行测距、测速等应用中，可以通过毫米波雷达向目标物体发射电磁波，并捕获电磁波遇到障碍物后产生的反射信号，从而确定目标物体相对毫米波雷达的距离、速度以及角度。其中，在本实施例中，毫米波雷达50可以通过扇形天线10来实现信号的发射与接收。例如，毫米波雷达50可以通过雷达芯片52，控制扇形天线10向目标物体发射信号，并在通过扇形天线10接收到目标物体反射回的信号后，基于发射的信号和接收的反射信号，确定目标物体与该毫米波雷达50的距离。

上述毫米波雷达50可以作为汽车主动安全领域的传感器部件，可有效穿透雾、烟、灰尘，实现全天时、全天候工作负荷要求。该毫米波雷达可以为24GHz和77GHz。其中，该毫米波雷达50适用于汽车辅助驾驶系统，例如，可以与ACC自适应巡航系统、FCW前向碰撞预警系统、LCA变道辅助系统、以及BSD盲区探测系统等技术结合。在汽车主动安全领域，该毫米波雷达50可以用于目标大小、速度、距离、角度、数量等参数的测量、计算、分析、显示、预警、以及自动控制等。其中，该毫米波雷达50可以作为长程雷达应用于ACC自适应巡航系统。具体地，ACC自适应巡航系统为一种智能化的自动控制系统。在ACC自适应巡航系统中，毫米波雷达可以作为测距雷达，用于测量自车与前方车辆的车头距、相对速度、以及相对加速度。另外地，该ACC自适应巡航系统还可以包括与毫米波雷达相连的控制单元和执行器。进一步地，毫米波雷达50可以用于探测路况，毫米波雷达50发射的雷达波束在碰到物体表面后会被反射回来，并被毫米波雷达50接收，以此确定车距。毫米波雷达可以通过多普勒效应探测与前车距离，其中雷达信号呈叶片状向外扩散，根据雷达信号所反馈的角度可确定前车位置。另外在行车过程中，若毫米波雷达50的视野中出现较多车辆，则还可以配合转向角传感器、横摆率传感器以及车轮转速传感器来确定自车所处车道。

另外，毫米波雷达50还可以应用于FCW前向碰撞预警系统。该毫米波雷达50可以用于监测前方车辆，判断自车与前车之间的距离、方位及相对速度，并将获取的相关数据发送至FCW前向碰撞预警系统进行分析。FCW前向碰撞预警系统通过毫米波雷达50在根据毫米波雷达50采集的数据分析确定存在潜在碰撞危险时对驾驶者进行警告，以保证驾驶安全。具体地，毫米波雷达50可以用于对自车前方一定角度范围、以及一定距离范围内的目标进行探测，从而可以及时有效地监测到自车正前方的危险目标车辆，并对该危险目标车辆进行预警目标跟踪。其中，毫米波雷达50在用于对同向正常行驶的车辆进行探测，分析是否存在碰撞危险之外，同时还可以对自车行驶过程中的插队车辆、横穿车辆进行上述探测，实时为FCW前向碰撞系统采集对应的数据，从而保证自车驾驶的安全。

上述毫米波雷达50，包括上述实施例的扇形天线10，其利用扇形阵元16降低了毫米波雷达50的天线面积，并且利用按照旁瓣电平抑制需求设置扇形阵元16的圆心角，从而能够提高天线的增益，展宽天线的回波损耗，进而实现了对毫米波雷达50的天线面积和雷达检测性能的兼顾。

需要说明的是，在本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，在本实施例中不再赘述。

应该明白的是，这里描述的具体实施例只是用来解释这个应用，而不是用来对它进行限定。根据本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在不进行创造性劳动的情况下得到的所有其它实施例，均属本申请保护范围。

显然，附图只是本申请的一些例子或实施例，对本领域的普通技术人员来说，也可以根据这些附图将本申请适用于其他类似情况，但无需付出创造性劳动。另外，可以理解的是，尽管在此开发过程中所做的工作可能是复杂和漫长的，但是，对于本领域的普通技术人员来说，根据本申请披露的技术内容进行的某些设计、制造或生产等更改仅是常规的技术手段，不应被视为本申请公开的内容不足。

“实施例”一词在本申请中指的是结合实施例描述的具体特征、结构或特性可以包括在本申请的至少一个实施例中。该短语出现在说明书中的各个位置并不一定意味着相同的实施例，也不意味着与其它实施例相互排斥而具有独立性或可供选择。本领域的普通技术人员能够清楚或隐含地理解的是，本申请中描述的实施例在没有冲突的情况下，可以与其它实施例结合。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对专利保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种扇形天线，其特征在于，包括：馈线、天线匹配端以及至少一个扇形阵元；

所述扇形阵元串接于所述馈线上，所述扇形阵元的圆心角满足预设的旁瓣电平抑制需求；

所述天线匹配端与所述馈线连接。

2.根据权利要求1所述的扇形天线，其特征在于，所述扇形天线包括多个扇形阵元，分布在所述馈线的不同位置上的所述扇形阵元的圆心角不同；其中，距离所述馈线中部位置越近的扇形阵元的圆心角越大。

3.根据权利要求2所述的扇形天线，其特征在于，各个所述扇形阵元之间的圆心角的变化规律满足切比雪夫分布。

4.根据权利要求2所述的扇形天线，其特征在于，各个所述扇形阵元之间的圆心角的变化规律满足泰勒分布。

5.根据权利要求2所述的扇形天线，其特征在于，各个所述扇形阵元交错串接于所述馈线两侧。

6.根据权利要求2所述的扇形天线，其特征在于，各个所述扇形阵元之间的间距为所述扇形天线的工作中心频率的波长长度的0.5倍。

7.根据权利要求2所述的扇形天线，其特征在于，所述扇形天线包括至少三个扇形阵元。

8.根据权利要求1所述的扇形天线，其特征在于，所述扇形阵元的半径为所述扇形天线的工作中心频率的波长长度的0.5倍。

9.根据权利要求1所述的扇形天线，其特征在于，所述馈线包括介质层、天线覆铜层以及覆铜地层，其中，所述天线覆铜层和覆铜地层分布于所述介质层两侧。

10.一种毫米波雷达，其特征在于，所述毫米波雷达包括权利要求1至9中任一项所述的扇形天线。

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