CN216698717U - 天线罩、传感器及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种天线罩、传感器及电子设备；其中，传感器，包括发射天线、接收天线及透镜；透镜设置在发射天线和接收天线的收发链路上，且发射天线和接收天线位于透镜的同侧，发射天线用于透过透镜向目标发射探测信号，接收天线用于透过透镜接收被目标反射所形成的回波信号；透镜包括沿厚度方向设置的匹配层和透镜本体，匹配层朝向发射天线，匹配层由多个凹槽结构排布而成；凹槽的内底壁衔接于透镜本体，匹配层的第一介电常数小于透镜本体的第二介电常数。根据本申请提供的传感器及电子设备，能够提高传感器中发射天线和接收天线之间的隔离度，降低对接收天线接收到的目标物反射信号的干扰，从而提高传感器的工作性能。

Description

天线罩、传感器及电子设备

技术领域

本申请涉及一种天线罩、传感器及电子设备，属于无线电技术领域。

背景技术

在小微型无线电器件中，由于天线的尺寸较小，不仅天线的辐射增益较低，且天线的辐射波束较宽，进而使得其电磁波的辐射及接收能力均受到一定限制，从而在指向性较强的诸如短距通信、目标感测等场景，无法实现高质量的通信及精准的探测。

实用新型内容

本申请提供一种天线罩、传感器及电子设备，以提高封装天线在特定应用技术中提供准确地环境探测。

根据本申请实施例的第一个方面，提供了一种传感器，包括发射天线、接收天线及透镜；透镜设置在发射天线和接收天线的收发链路上，且发射天线和接收天线位于透镜的同侧；发射天线用于透过透镜向目标发射探测信号，接收天线用于透过透镜接收被目标所所形成的回波信号；透镜包括沿厚度方向设置的匹配层和透镜本体，匹配层朝向发射天线，匹配层由多个凹槽结构排布而成；凹槽的内底壁衔接于透镜本体，匹配层的第一介电常数小于透镜本体的第二介电常数。

本申请实施例，通过在发射天线和接收天线的收发链路上设置透镜，这样，透镜能够聚拢发射天线发送的电磁波波束，即能够增加对发射天线发出电磁波的增益；另外，将透镜设置成包括沿厚度方向的匹配层后透镜本体，匹配层朝向发射天线，匹配层由多个凹槽结构排布而成，且凹槽的内底壁衔接于透镜本体，这样，使得匹配成的第一介电常数小于透镜本体的第二介电常数。即，使得发射天线发出的电磁波经由空气传播到透镜本体的过程中实现了阻抗匹配；也就是说，能够降低透镜对发射天线发出的电磁波波束的反射作用，提高发射天线发出电磁波透过透镜的透过率，从而能够降低透镜反射的发送信号对接收天线接收到的信号的干扰，即，能够有效提高发射天线和接收天线之间的隔离度，提高了传感器的工作性能。

在一种可选的实施例中，凹槽的开口表面积与凹槽结构的总表面积之间尺寸关系是根据第一介电常数和第二介电常数确定的。

通过匹配层的第一介电常数与透镜本体的第二介电常数确定凹槽开口表面积与凹槽结构的总表面积之间的尺寸关系，这样，能够使得发射天线发出的电磁波在经由空气传播到透镜本体的过程中实现合适的阻抗匹配，降低透镜对发射天线发出的电磁波的反射作用。

在一种可选的实施例中，第一介电常数的平方与第二介电常数成正比。

这样，在选择透镜本体的第二介电常数合适传感器的电磁波工作频率时，有利于发射天线发出的电磁波经由空气传播至透镜本体的阻抗匹配，能够最大程度的减少透镜对电磁波的反射；从而能够使得发射天线发送的电磁波完全透过透镜，能够有效避免透镜对发射天线发送的电磁波信号的反射，即能够有效提高发射天线与接收天线之间的隔离度。

在一种可选的实施例中，凹槽的深度与探测信号中心波长的1/4成正比；其中，探测信号的波长为传感器所发射定频信号的波长或传感器所发射扫频信号中心频点的波长。

通过发射天线发送的电磁波频率/波长或者传感器的中心频率/波长确定凹槽的深度，即确定匹配层的厚度，从而能够使得传感器工作频率范围内的电磁波均能够透过透镜，而不会被透镜反射；从而能够提高发射天线与接收天线之间的隔离度，提高传感器的工作性能。

在一种可选的实施例中，多个凹槽结构呈阵列排布。

将多个凹槽结构呈阵列排布，这样，使得多个凹槽的排布更加均匀，从而使得发射天线发送的电磁波信号能够均匀的透过透镜，即在透镜对发射天线发送的电磁波信号增益提高时，能够提高透镜对增益提高的均匀性，从而能够提高传感器的工作性能。

在一种可选的实施例中，透镜包括主体部和支撑部，支撑部设置在主体部的外缘；其中，主体部包括匹配层和透镜本体；

主体部位于发射天线和接收天线的收发链路上。

这样，透镜的主体部通过支撑部制成在发射天线和接收天线的收发链路上，能够方便发射天线、接收天线以及透镜的设置，能够提高传感器的生产效率。

在一种可选的实施例中，主体部为新月透镜、平凸透镜、双凸透镜中的任一种。

这样，新月透镜、平凸透镜或者双凸透镜具有聚焦作用，能够将发射天线发出的电磁波波束聚拢，从而能够提高发射天线发出的电磁波信号的增益。

在一种可选的实施例中，匹配层呈圆弧体状；发射天线与透镜之间的间距由匹配层的直径确定。

这样，透镜能够将发射天线发出的电磁波的辐射方向聚拢，从而提高电磁波聚拢方向的增益。

在一种可选的实施例中，匹配层和透镜本体共同成型聚拢发射天线和接收天线的收发辐射方向的立体结构。

这样，在发射天线发出的电磁波的辐射方向上，能够将所有辐射角度的电磁波进行聚拢，能够有效提高电磁波聚拢方向的增益。

在一种可选的实施例中，传感器包括裸片，发射天线与接收天线均集成在裸片的封装层中。

这样，将发射天线和接收天线均集成在裸片的封装层中，增加了芯片的集成度，有利于芯片的小型化设计。

在一种可选的实施例中，传感器为毫米波雷达传感器。

根据本申请实施例的第二个方面，提供了一种天线罩，设置在诸如短距通信、目标感测等小微型无线电器件的发收天线上，所述天线罩可包括沿厚度方向设置的匹配层和透镜本体，所述匹配层朝向所述发收天线，所述匹配层由多个凹槽结构排布而成；所述凹槽的内底壁衔接于所述透镜本体，所述匹配层的第一介电常数小于所述透镜本体的第二介电常数，以诸如小微型无线电器件中，提升天线的辐射增益，减小天线的辐射波束宽度(即实现窄波束，高增益的天线辐射)，进而提升无线电器件电磁波的辐射及接收能力，便于该小微型无线电器件在指向性较强的诸如短距通信、目标感测等场景下，实现高质量的通信及精准的目标探测。

在一个可选的实施例中，所述透镜包括主体部和支撑部，所述支撑部设置在所述主体部的外缘；其中，所述主体部包括所述匹配层和所述透镜本体；

所述主体部位于所述发收天线的收发链路上。

根据本申请实施例的第三个方面，提供了一种电子设备，包括设备本体和至少一个本申请实施例第一个方面任一可选的实施例所提供的传感器；其中，传感器用于将探测到的目标信息发送至设备本体，以实现目标探测和/辅助控制设备设备本体的运行。

在一种可选的实施例中，设备本体包括交通工具、安防设备、毫米波液位计、工业毫米波煤炭储量检测设备及工业化自动设备中的任意一种。

本申请实施例中，雷达芯片在对环境中的目标对象进行探测时，由于雷达芯片设有透镜，透镜能够提高雷达芯片的发射天线发出的电磁波信号的增益，即能够提高雷达芯片的探测性能或探测距离；另外，在透镜的第一表面设有凹槽，能够降低透镜对发射天线发出的电磁波信号的反射；能够提高发射天线和接收天线之间的隔离度，从而能够提高雷达芯片探测的准确度。

本申请的附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

通过参照附图的以下详细描述，本申请实施例的上述和其他目的、特征和优点将变得更容易理解。在附图中，将以示例以及非限制性的方式对本申请的多个实施例进行说明，其中：

图1是本申请一实施例提供的传感器的拓扑结构示意图；

图2是本申请一实施例提供的传感器中透镜的工作原理图；

图3是本申请一实施例提供的传感器中发射天线与透镜配合的结构示意图；

图4是图3中提供的传感器中发射天线的辐射方向图；

图5是本申请一实施例提供的传感器中透镜对发射天线发出的信号的影响示意图；

图6是本申请又一实施例提供的传感器中发射天线与透镜的配合结构示意图；

图7是本申请又一实施例提供的传感器中透镜的匹配层的正视图；

图8是图7中A处的局部放大结构示意图；

图9是本申请图6中提供的传感器中发射天线的辐射方向图；

图10是本申请又一实施例提供的传感器制作方法的实现流程图。

附图标记说明：

10-传感器；

110-发射天线；120-接收天线；130-透镜；

131-入射面；132-出射面；133-凹槽结构；134-匹配层；135-透镜本体；136-主体部；137-支撑部；

1331-凹槽。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请实施例的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在无线电技术日新月异的信息时代，短距离无线电技术凭借其抗干扰能力强、可靠性高、安装施工简便灵活等特点，在许多领域都得到了广泛的应用，例如，小微型传感器作为无线电中的一种元器件，其通过内部集成的发射天线和接收天线，实现对目标物的检测，在无人驾驶、智能驾驶、智能家居及工业自动化生产领域受到广泛的青睐。

一般地，无线电器可包括发射天线、接收天线及处理器等，为了保证无线电器件尺寸的小型化，以减小在电子设备内的占用尺寸，可将包括用于发收信号的天线与处理器集成为一个器件，例如封装天线(Antenna-in-Package，简称AiP)结构的无线电器件。然而，由于小微型无线电器件的尺寸较小，随之带来了电磁波的辐射能力受限等问题。这使得使用小微型无线电器件在一些应用技术中提供通信及目标探测功能时产生了障碍。

例如，针对小微型的传感器(如AiP毫米波雷达)，在工业的液位检测时，由于封装天线的辐射范围较宽，会使误探测盛放液体的容器壁作为所盛液体的表面的概率增加。又如，同样在液位检测时，由于封装天线的辐射增益较低，则使得液位较低时，难于探测到准确液位值等。

下面结合附图对本申请实施例进行详细说明：

图1是本申请一实施例提供的传感器的拓扑结构示意图。

参照图1所示，本申请一实施例提供了一种传感器10，该传感器10可以应用于各种类型的通信技术领域，例如智能住宅、交通、智能家居、消费电子、监控、工业自动化、舱内检测计卫生保健等领域的零部件或者产品中。具体的，该传感器10可以应用在交通运输设备(例如汽车、自行车、摩托车、地铁、船舶、高铁、货车等)、安防设备(例如摄像头)、液位/流速检测设备(例如毫米波液位计)、工业视觉检测设备、智能穿戴设备(例如手环、指环、眼镜、耳环等)、智能家居设备(例如电视、电冰箱、空调、智能灯、洗衣机等)、各种常规通信设备(例如手机、平板电脑等)；或者，在一些可能的示例中，该传感器10还可以应用与诸如道闸、智能交通指示灯、智能指示牌、交通摄像头及各种工业化机械手(或机器人)等，也可为用于检测生命特征参数的各种仪器以及搭载该仪器的各种设备。

通常，为了保证前述的电子设备的通信能力，设置在电子设备内的传感器10可以向外部发出电磁波信号，电磁波信号在经过目标物的吸收后反射回的电磁波信号被电子设备接收，从而实现对目标物的检测。例如，在无人驾驶、智能驾驶等领域对障碍物进行检测；在智能家居中对房间中的移动目标的检测；以及在自动化工业领域对生产好的产品进行视觉检测，从而筛选出不合格产品，又如在工业自动化中利用毫米波液位计对液位进行检测等。

参照图1所示，传感器10通常包括发射天线110，用于将探测信号，例如前述的电磁波信号发出至电子设备外，并对电子设备外的目标物进行探测；接收天线120，在电磁波被目标物阻挡吸收并反射回电磁波后，接收目标物反射回的电磁波信号；处理器(图中未示出)，对接收天线120接收到的电磁波信号进行解析处理，得到对目标物的探测结果。例如，电子设备与目标物之间的距离、目标物上的产品中的不合格产品等信息。

在一些电子设备中，通常需要提高对目标物的探测精度/探测距离，例如，在工业机器人中，需要提高对目标物的探测精度，从而提高对不合格产品的筛选精度，以保证产品质量等。为此，通常需要提高发射天线110发出电磁波的增益，从而提高传感器10的探测距离/探测精度等。

本申请实施例中，可将发射天线110和接收天线120统称为发收天线。该发收天线通常封装成小型的封装天线。

为此，在一些示例中，在传感器的封装天线外围设置透镜(又称介质透镜、或天线罩、雷达罩等)，通过透镜将发射天线发出的电磁波波束聚拢，从而增大发射天线的增益，保证传感器的检测性能(例如，前述的探测精度/探测距离)。

图2是本申请一实施例提供的传感器中透镜的工作原理图，其表示为一种聚焦电磁波波束，以实现窄波束、高增益的探测目的。

需要说明的是，本申请实施例中，透镜具体可以是新月透镜、平凸透镜或者双凸透镜中的任意一种。其中，图2中以新月透镜作为示例示出，并进行说明。参照图2所示，透镜130的出射面132方程可以表示为：

其中，A为图2中A点坐标(即椭圆面的长半轴)；(z,y)为出射面的在图2所示的坐标系中的坐标位置；B为椭圆面的短半轴。

即透镜130的外表面为椭圆形，其中，透镜130的外表面具体是指透镜130沿发射天线的传输链路背向发射天线一侧的表面。

入射面的方程可以表示为：

(z+F)²+y²＝1

其中，F为图2中F点坐标，F点为经简化得到的对应所述传感器中天线的位置。需要说明的是，在一些可能的示例中，传感器10中可能集成有多个天线，例如前述的发射天线和接收天线；当然，在一些可能的示例中，发射天线和接收天线也可以分别是多个；此时，F点可以是位于多个天线的几何中心处。

即透镜130的内表面为圆形，其中，透镜130的内表面具体是指透镜130沿发射天线的传输链路面向/朝向发射天线一侧的表面。

其中，

ε_r是透镜130的介电常数；n为透镜130的折射率；D为透镜的直径；FA均表示图2中F和A之间的距离。

从上述公式可以看出，为了尽可能的聚拢发射天线发出的电磁波波束，通过将D＝2B，即将透镜130的直径配置为透镜的口径，这样，能够将发射天线发出电磁波的辐射角度范围均覆盖，从而能够尽可能的聚拢发射天线发出的电磁波波束。换句话说，需要将透镜130的口径设计得大一些，此时可以得到：

其中，R为图2中F与透镜入射面131之间的距离，即透镜130的入射面131的半径。

可以看出，适当增大透镜130的介电常数可以增加透镜130聚拢波束的范围，从而提升透镜130的性能。

图3是本申请一实施例提供的传感器中发射天线与透镜配合的一种结构示意图。

参照图1和图3所示，为了验证透镜130对发射天线110的增益效果，采用了一个简单的具有接收天线120和发射天线110的雷达传感器10，其工作频率为78.5GHz，图1中示出的传感器10，有一个接收天线120和一个发射天线110，其中，以接收天线120与发射天线110之间的水平间距W为1.7mm，垂直间距L为4.0mm作为示例进行说明。

这里需要说明的是，本申请涉及的数值和数值范围为近似值，受制造工艺的影响，可能会存在一定范围的误差，这部分误差本领域技术人员可以认为忽略不计。

在一个可选的实施例中，图3中透镜130的材料选择介电常数典型值为3.5、介质损耗为0.02的PBT塑料，即该透镜130为材质是塑料的新月透镜。

可以理解的是，发射天线110和/或接收天线120通过设置在裸片(die)的封装层中形成封装天线。通常发射天线110和接收天线120还可以通过刻蚀、化学沉积、电镀或者蒸镀等方式形成在电路板(例如印制电路板或者集成电路板)上；发射天线110或者接收天线120可以包括多层结构，例如与电路板接触的金属地层、与金属地层接触的第一介质层、设于第一介质层上的第一金属层(即发射天线110或者接收天线120的本体)，覆盖在第一金属层上的第二介质层，以及位于第二介质层上的第二金属层，在第二金属层上可以设有天线的开窗等。

图4是图3中提供的传感器中发射天线的辐射方向图。参照图2和4所示，其中，以xoz平面视为0°，以及以yoz平面视为90°，其中，x轴为垂直于yoz平面(即图2中垂直于纸面的方向)所在的轴线(未予图示)。在此，图4中a表示图3中的传感器在未增加透镜时，发射天线在0°时的增益-方向曲线；图4中b表示传感器在增加透镜后，发射天线在0°时的增益-方向曲线；图4中a’表示传感器未增加透镜，发射天线在90°时的增益-方向曲线；图4中b’表示传感器10增加透镜，发射天线在90°时的增益-方向曲线；可以看出，透镜对正向的发射天线的传输链路增益提升了约20dB。也就是说，通过在发射天线的发送链路上增加透镜能够有效提高发射天线发送的电磁波增益，有利于提高传感器的探测距离/探测精度等。

为了保证传感器尺寸的小型化，减少传感器在电子设备内占用的空间，提高电子设备的空间利用率，以便电子设备的小型化。参照图1所示，目前，通常将发射天线110、接收天线120和处理器(图中未示出)等集成在一个芯片中，形成封装天线结构的芯片。但是，如前所述，由于本申请实施例中，希望将透镜的口径做得更大一些，因此，在发射天线110传输链路上的透镜也会存在接收天线120的传输链路上。即透镜位于发射天线110和接收天线120的收发链路上。

图5是本申请一实施例中透镜对发射天线发出的信号的影响示意图。参照图5所示，在将传感器的发射天线和接收天线封装集成在一个芯片上，形成封装天线后，发射天线发出的电磁波一部分透过透镜130透射至透镜130的外侧，并用于目标物的探测或者检测；但是，发射天线发出的电磁波的另一部分可能被透镜130反射，例如图5中虚线箭头示出的方向，由于天线(发射天线或者接收天线)被放置在透镜130内表面(即前述的入射面)的圆心F处，发射天线发出的电磁波入射到透镜130后，几乎是沿着原路径反射到了接收天线上，每个角度的反射波叠加后，使得接收天线接收到的电磁波大大增强，也即透镜130反射的电磁波对接收天线接收的目标物发射的电磁波造成干扰，使得传感器对目标物的探测精度受到影响。即我们通常所示的发射天线与接收天线的隔离度变差。

以图1中的传感器10为示例进行说明，在其工作频率为78.5GHz，接收天线120与发射天线110之间的水平间距W为1.7mm，垂直间距L为4.0mm，未增加透镜和增加透镜前后的隔离度参照表1所示；表1为传感器10未加透镜(例如图1中示出的传感器10)和增加透镜130(例如图3中示出的传感器10)发射天线110与接收天线120的隔离度表。

表1传感器未加透镜和增加透镜发射天线与接收天线的隔离度表

	TRX隔离度/dB
		加透镜之前	-47.3
加透镜之后	-22.7

从表1中可以看出，参照图1所示，在传感器10未增加透镜时，发射天线110与接收天线120之间的隔离度为-47.3dB，参照图3所示，在传感器10增加透镜130后，发射天线110与接收天线之间的隔离度为-22.7dB。也就是说，在传感器上增加透镜后，发射天线与接收天线之间的隔离度降低了约25dB，换句话说，在传感器上增加透镜后，发射天线与接收天线之间的隔离度明显变差，使得接收天线接收到的目标物反射的信号受到干扰，从而影响传感器的工作性能。

与不设置透镜相比，上述各透镜示例的传感器改变了电磁波束的辐射方向，如前所述的使波束聚拢。透镜也可能带来近距离反射电磁波的现象，这使得当收发天线被集成到同一块芯片当中，介质透镜的引入可能使得发射天线发出的电磁波经由雷达罩反射后，直接到达接收天线，从而引起探测目标信号丢失的情况。

为此，本申请实施例又提供一种传感器，主要构思是在沿透镜的厚度方向分别设置匹配层和透镜本体，匹配层面向/朝向发射天线，另外，将匹配层由多个凹槽结构排布形成，凹槽的内底壁衔接于透镜本体，从而使得匹配层的第一介电常数低于透镜本体的第二介电常数。这样，在发射天线发出的电磁波经由空气传播到透镜本体的过程中，实现了阻抗匹配，即能够降低透镜的入射面对发射天线发出电磁波的反射作用，也就是说，能够提高发射天线发出电磁波透过透镜的透射率，从而能够降低透镜反射的发送信号对接收天线接收到的信号的干扰，即，能够有效提高发射天线和接收天线之间的隔离度，提高了传感器的工作性能。

图6是本申请又一实施例提供的传感器中发射天线与透镜的配合结构示意图，图7是本申请又一实施例提供的传感器中透镜的匹配层的正视图，图8是图7中A处的局部放大结构示意图。

参照图1、图6-图8所示，本申请实施例提供了一种传感器10，包括发射天线110、接收天线120及透镜130。

其中，发射天线110可以是任意一种能够输出射频信号的天线，相应的，接收天线120可以是接收射频信号的天线。透镜130可以采用玻璃钢、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(Acrylonitrile Butadiene Styrene plastic，简称ABS塑料)或者是工程塑料(Acrylonitrile Styrene acrylate copolymer，简称ASA)等材料制成。

透镜130设置在发射天线110和接收天线120的收发链路上，且发射天线110和接收天线120位于透镜130的同侧。

本申请实施例中，透镜130包括沿厚度方向或者发射天线110发出电磁波的传输方向设置的匹配层134和透镜本体135，本领域技术人员能够理解，透镜130的入射面131是指相对于发射天线110来说，发射天线110发出的电磁波入射进入透镜130的一面；透镜130的出射面132是指相对于发射天线110来说，发射天线110发出的电磁波在透过透镜130后，从透镜130内进入其他传播介质(例如空气)的一面。换句话说，透镜130的入射面是透镜130朝向/面向发射天线110的一面，透镜130的出射面132是透镜130的背离/背向发射天线110的一面。

本申请实施例中，发射天线110和接收天线120位于透镜130的同侧，具体可以是均位于透镜130的入射面131的一侧。即匹配层134朝向发射天线110.这样，在集成发射天线110和接收天线120后，能够便于对传感器10进行封装，能够有效减小传感器10的整体尺寸。

匹配层134由多个凹槽结构133排布而成。透镜130的匹配层134举例具有圆形表面。本申请实施例中，凹槽结构133具体可以通过对透镜130的入射面131进行蚀刻(例如化学蚀刻或者激光蚀刻等方式)形成在入射面131上。

需要说明的是，凹槽1331的内底壁衔接于透镜本体135，换句话说，凹槽1331是贯穿匹配层134设置的。

通过蚀刻的方式在透镜130的入射面131上形成多个凹槽1331，不需要在透镜130的入射面131上粘贴匹配层134，从而能够减少加工工序；当然，也能够减少匹配层134与透镜130之间的粘贴层，使得透镜130的整体更完整，不会在匹配层134与透镜130之间的界面处发生反射的情况，能够有效提高透镜130对电磁波的透过率，提高发射天线110与接收天线120之间的隔离度。

可以理解，经布置的凹槽结构所形成的匹配层降低了透镜面向入射电磁波一侧的介电常数。如此，使得发射天线所发射的电磁波以更少的回波损耗透过透镜。换言之，所述匹配层134实现了阻抗匹配，从而增大电磁波的传输效率。其原理为：

当在两种不同的介质(例如透镜130朝向发射天线110一侧的空气以及透镜130)之间插入一层厚度为四分之一波长(可以是探测信号的波长)、第一介电常数为ε，本征阻抗为η的介质(即匹配层134)时，根据微波理论在透镜130处的等效阻抗为：

若取匹配层134的本征阻抗

即η_ef＝η₁。

其中，η₁为透镜130的本征阻抗，η₃为空气介质的本征阻抗。

即此时透镜130与匹配层134之间的分界面上的反射系数为零，实现了阻抗匹配。可以理解的是，本申请实施例中，探测信号的波长可以是传感器所发射的定频信号的波长；在一些可能的示例中，传感器也可以是发出的扫频信号，则探测信号的波长可以是指扫频信号的中心频点的波长。

根据微波理论介质的本征阻抗为：

在结构中不同介质中磁导率μ是相同的，不同只是介电常数ε，故本征阻抗仅取决于匹配层的第一介电常数ε。

因此，要实现阻抗匹配，由

可得：

由于发射天线所辐射的电磁波的传播介质为空气，空气的介电常数ε₃＝1；因此，可以得到：

即为在对透镜130的入射面131蚀刻形成凹槽1331时，形成凹槽1331的部分的介电常数(即第一介电常数)与透镜130的透镜本体135的介电常数(又称第二介电常数)的关系。

换句话说，本申请实施例中，匹配层的第一介电常数ε的平方与透镜本体的第二介电常数ε_r成正比。这样，在选择透镜本体的第二介电常数合适传感器的电磁波工作频率时，有利于发射天线发出的电磁波经由空气传播至透镜本体的阻抗匹配，能够最大程度的减少透镜对电磁波的反射；从而能够使得发射天线发送的电磁波完全透过透镜，能够有效避免透镜对发射天线发送的电磁波信号的反射，即能够有效提高发射天线与接收天线之间的隔离度。可以理解的是，在实际应用或设计中，不可能恰好符合理论值，本领域技术人员可以理解，其可以存在一定误差，该误差在实际应用中可以忽略不计。

本申请实施例，通过在发射天线110和接收天线120的收发链路上设置透镜130，这样，透镜130能够聚拢发射天线110发送的电磁波波束，即能够增加对发射天线110发出电磁波的增益；另外，将透镜130设置成包括沿厚度方向设置的匹配层134和透镜本体135，匹配层134朝向发射天线110，匹配层134由多个凹槽结构1331排布而成，且凹槽结构1331的内底壁衔接于透镜本体135，这样，使得匹配成的第一介电常数小于透镜本体的第二介电常数。即，使得发射天线发出的电磁波经由空气传播到透镜本体的过程中实现了阻抗匹配；也就是说，能够降低透镜130对发射天线110发出的电磁波的反射作用，提高发射天线110发出电磁波透过透镜130的透过率，从而能够降低透镜130反射的发送信号对接收天线120接收到的信号的干扰，即，能够有效提高发射天线110和接收天线120之间的隔离度，提高了传感器10的工作性能。

由此可以看出，在透镜130的第二介电常数ε_r确定后，即可确定匹配层134的第一介电常数ε。

也就是说，本申请实施例中，需要对透镜130的入射面进行合理的蚀刻，以使匹配层的第一介电常数ε满足、近似或者接近前述关系。换句话说，本申请实施例中，在入射面上蚀刻的凹槽的开口面积与凹槽结构的总表面积之间的尺寸关系或者说所有凹槽的开口总面积占据透镜的入射面面积的比例是根据第一介电常数和第二介电常数确定的。

具体的，本申请实施例中，可以根据如下公式(1)确定凹槽1331的开口面积。

公式(1)中，ε为匹配层134的第一介电常数，S1为第一表面的表面面积，S2为凹槽1331的开口面积，ε_r为透镜本体135的第二介电常数。

根据匹配层134的介电常数确定在入射面上形成的凹槽1331的开口面积，在形成凹槽1331后，能够使得匹配层134与透镜130之间实现阻抗匹配。

这样，参照图6-图8所示，在透镜130的入射面通过设置多个间隔设置的凹槽1331后，相比于图3中提供的传感器10，在透镜的入射面131处，透镜130对发射天线110发出的电磁波的反射减少，即实现了阻抗匹配。从而能够使得发射天线110发送的电磁波透过透镜130，能够有效避免透镜130对发射天线110发送的电磁波信号的反射，即能够有效提高发射天线110与接收天线120之间的隔离度。

可以理解的是，参照图6所示，在透镜130的出射面132处，透镜130对发射天线110发出的电磁波任存在一定的反射。在一些可能的示例中，也可以在透镜的出射面设置多个间隔排布的凹槽。

需要说明的是，透镜的出射面通常面向/朝向外部环境，环境中的水、水汽、沙尘等容易沾附或者吸附到出射面上，有鉴于此，本申请实施例中仅以凹槽设于透镜的第一表面作为示例示出。

如前所述，参照图6所示，匹配层134的厚度通常为传感器中心波长或者发射天线发送的电磁波的波长的四分之一，即凹槽1331的深度可以是四分之一探测信号的波长，具体的，凹槽1331的深度t通过如下公式(2)确定：

公式(1)中，c为光速，f为工作频率。

具体的，本申请实施例中，凹槽1331的深度是指透镜130沿发射天线110产生的电磁波的传播方向所凹陷的深度。在具体应用时，由于透镜130的入射面是圆形面，因此，凹槽1331的开设方向可以沿着圆形面的直径方向开设。

在一些可选的实施例中，凹槽1331的开口和凹槽1331底壁的面积可以是一样的。可以理解，凹槽1331的开口与凹槽1331底壁的面积也可以不一样，例如沿凹槽1331的深度方向，凹槽1331的截面积成渐变式变化，即凹槽1331沿深度方向可以是呈锥形结构。

通过发射天线110发送的电磁波频率或者传感器10的工作频率确定凹槽1331的深度，即确定匹配层134的厚度，从而能够使得传感器10工作频率范围内的电磁波均能够透过透镜130，而不会被透镜130反射；从而能够提高发射天线110与接收天线120之间的隔离度，提高传感器10的工作性能。

在本申请实施例的一种可选实施例中，参照图8所示，多个凹槽1331呈阵列排布。

具体的，多个凹槽1331的排布方式可以是成矩形阵列排布(例如图8中示出的矩形阵列排布)；在一些可能的示例中，多个凹槽1331也可以是以圆形阵列的方式排布在透镜的入射面上，或者，多个凹槽1331沿某一曲线呈阵列排布。

可以理解的是，本申请实施例中，凹槽1331的开口形状或者凹槽1331的形状可以是正三角形、正方形、五边形、六边形、圆形、椭圆形或者其他规则形状的凹槽1331。其中，图8中仅以正方形作为示例示出，并非对凹槽1331的具体形状进行限定。

为方便说明，以图8中凹槽1331为正方形作为示例进行说明，前述公式(1)中的S1具体可以是指正方形凹槽1331的截面积与环绕在正方形凹槽1331一周的部分的面积的总和，即可以是图8中A1的平方计算得到的一个凹槽1331单元的面积，然后再确定出凹槽1331的个数，即可得到第一表面的面积S1；S2可以是一个凹槽1331单元的面积与凹槽1331个数的总和，即图8中A2的平方计算得到的一个凹槽1331单元的开口面积，然后再确定出凹槽1331的个数，即可得到所有凹槽1331开口面积的总和S2。

也就是说，在对透镜130的入射面进行蚀刻，形成凹槽1331时，凹槽1331的边长可以通过如下公式决定：

这样，就能够方便的对入射面进行蚀刻，并呈阵列、规律或者周期性的对入射面进行蚀刻。

将对个凹槽1331呈阵列排布在透镜130的入射面上，这样，使得多个凹槽1331在入射面上的排布更加均匀，从而使得发射天线110发送的电磁波信号能够均匀的透过透镜130，即在透镜130对发射天线110发送的电磁波信号增益提高时，能够提高透镜130对增益提高的均匀性，从而能够提高传感器10的工作性能。

在本申请实施例的一种可选实施例中，参照图6所示，透镜130包括主体部136和支撑部137，支撑部137设置在主体部136的外缘；主体部136位于发射天线110和接收天线120的收发链路上，主体部136朝向发射天线110的一侧具有凹槽1331。

具体的，主体部136与支承部的材料可以相同或者不同，在具体制作透镜130时，主体部136与支承部可以是一体成型得到，例如，通过模具一体成型。当然，在一些可能的示例中，主体部136与支承部也可以是通过二次加工的方式得到，例如，在主体部136成型后，通过在主体部136的边缘二次注塑的方式形成支承部。

这样，透镜130的主体部136通过支撑部137制成在发射天线110和接收天线120的收发链路上，能够方便发射天线110、接收天线120以及天线罩的设置，能够提高传感器10的生产效率。

在一些具体应用场景中，参照图6所示，匹配层134和透镜本体135共同形成聚拢发射天线和接收天线的收发辐射方向的立体结构，换句话说，本申请实施例中，匹配层134和透镜本体135共同形成主体部136。

在一些具体应用场景中，例如辅助驾驶或者自动驾驶等场景中，再例如芯片应用于扫地机器人等场景中，芯片可以是雷达芯片。

这样，雷达芯片在对环境中的目标对象进行探测时，由于雷达芯片设有透镜130，透镜130能够提高雷达芯片的发射天线110发出的电磁波信号的增益，即能够提高雷达芯片的探测性能或探测距离；另外，在透镜130的入射面设有凹槽1331，能够降低透镜130对发射天线发出的电磁波信号的反射；能够提高发射天线110和接收天线120之间的隔离度，从而能够提高雷达芯片探测的准确度。

图9是图6中提供的传感器中发射天线的辐射方向图。

参照图2和图9所示，其中，以xoz平面视为0°，以及以yoz平面视为90°，其中，x轴为垂直于yoz平面(即图2中垂直于纸面的方向)所在的轴线(未予图示)。图9中a1表示传感器在未增加本申请实施例提供的透镜(即天线罩)时，发射天线在方位角为0°时的面(即xoz面)的增益-方向曲线；图9中b1表示传感器在增加本申请实施例提供的透镜后，发射天线在xoz面的增益-方向曲线；图9中a1’表示传感器在未增加本申请实施例提供的透镜时，发射天线在方位角等于90°时的面(即yoz面)的增益-方向曲线；图9中b1’表示传感器在增加本申请实施例提供的透镜时，发射天线在yoz面的增益-方向曲线。从图9中可以看出，在采用本申请实施例提供的透镜130(即入射面蚀刻有凹槽1331形成的匹配层134)后，发射天线110的传输链路的正向增益提高了约22.1dB。相比于不设置匹配层134的透镜130，发射天线110的传输链路正向增益提高了约2.1dB。

另外，参照表2，表2是传感器的发射天线与接收天线隔离度的对比表。

表2传感器的发射天线与接收天线隔离度的对比表

传感器	TRX隔离度/dB
		加透镜之前(例如图1)	-47.3
加透镜之后(例如图3)	-22.7
		加透镜和匹配层之后(例如图6)	-35.3

从表2中可以看出，采用本申请实施例提供的透镜130后，发射天线110与接收天线120之间的隔离度从-22.7dB提高到-35.3dB，即隔离度提升了大约12.6dB，因此，通过在透镜130的入射面蚀刻凹槽1331，从而形成匹配层134，在提高发射天线110的增益的情况下，还能够保证发射天线110与接收天线120之间的隔离度，从而能够有效保证传感器10的探测精度，提高了传感器10的性能。

本申请还提供一种电子设备，其中，电子设备为利用传感器而测量距离的电子设备，其举例包括液位测量设备、用于房屋测量等距离测量设备等。

电子设备包括上述任一示例提及的传感器，和数据处理器。

其中，传感器通过主动发射探测信号波，以及接收对应探测信号波的回波信号波，来进行信号处理，并输出所得到的测量信息；其中，回波信号波为探测信号波在传播空间中被物体表面反射所形成的信号波，其中，物体为利用固体、液体、或气体等能够反射电磁波的介质材料所制备的。

数据处理器耦接传感器，用于对测量信息进行数据处理，以输出距离等测量结果。

在一些示例中，传感器中的信号收发器对回波信号波进行基带处理、增益控制、以及信号噪声检测等信号处理，而输出数字信号，该数字信号中包含测量信息。所护数据处理器通过对数字信号进行包含FFT(fast Fourier transform，快速傅里叶变换)、虚警检测等信号处理，以提取测量信息；以及根据测量信息输出测量结果等。其中，信号处理器通过所连接的显示屏、语音输出模块等人机交互装置输出测量结果，或者利用量信息进行如面积、容积等后续数据计算来输出所测量的物理量相关的测量结果。

在又一些示例中，传感器中的信号收发器对回波信号波进行基带处理、增益控制、以及信号噪声检测等信号处理，而输出数字信号，该数字信号中包含测量信息；传感器中的信号处理器(如FPGA)对数字信号进行包含FFT、虚警检测等信号处理，以输出测量信息。所护数据处理器根据测量信息输出测量结果等。其中，信号处理器通过所连接的显示屏、语音输出模块等人机交互装置输出测量结果，或者利用量信息进行如面积、容积等后续数据计算来输出所测量的物理量相关的测量结果。

图10是本申请一实施例提供的传感器制作方法的实现流程图。

参照图10所示，本申请实施例还提供了一种传感器的制作方法，包括以下步骤：

步骤1001，提供透镜。

具体的，本申请实施例中提供的透镜可以是前述实施例中描述的新月透镜，透镜的材料以采用玻璃钢、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(Acrylonitrile Butadiene Styreneplastic，简称ABS塑料)或者是PBT塑料等。

步骤1002，在透镜的入射面蚀刻形成间隔排布的多个凹槽，以使透镜在入射面与凹槽的内底壁之间的部分形成匹配层。

其中，入射面是指透镜朝向发射天线的一侧表面。

在具体制作时可以通过激光或者化学蚀刻的方式对透镜的入射面进行蚀刻。

可以理解的是，为了便于生产制造，本申请实施例中，多个凹槽的蚀刻可以是呈周期性的在透镜的入射面进行蚀刻，例如，每个凹槽的开口尺寸、形状相同、一致或近似，且每相邻两个凹槽之间的间距也相同、一致或者近似。这样，能够便于工业自动化生产。

步骤1003，将具有匹配层的透镜与发射天线和接收天线封装，得到传感器。

其中，发射天线可以是任意一种能够发出射频信号的天线。传感器可以是雷达传感器、红外传感器或者视觉传感器等。本申请实施例对此不做限定。

需要说明的是，本申请方法实施例与传感器设备实施例具有相同、相应或近似的有益效果，具体可参照前述传感器设备实施例的详细描述，本申请实施例对此不再赘述。

最后应说明的是：以上实施方式仅用以说明本申请的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施方式对本申请已经进行了详细的说明，但本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部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申请实施方式技术方案的范围。

Claims (15)

1.一种传感器，其特征在于，包括发射天线、接收天线及透镜；

所述透镜设置在所述发射天线和接收天线的收发链路上，且所述发射天线和所述接收天线位于所述透镜的同侧，所述发射天线用于透过所述透镜向目标发射探测信号，所述接收天线用于透过所述透镜接收被所述目标反射所形成的回波信号；

所述透镜包括沿厚度方向设置的匹配层和透镜本体，所述匹配层朝向所述发射天线，所述匹配层由多个凹槽结构排布而成；所述凹槽的内底壁衔接于所述透镜本体，所述匹配层的第一介电常数小于所述透镜本体的第二介电常数。

2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述凹槽的开口表面积与所述凹槽结构的总表面积之间的尺寸关系是根据所述第一介电常数和所述第二介电常数确定的。

3.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述第一介电常数的平方与所述第二介电常数成正比。

4.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述凹槽的深度与所述探测信号的波长的1/4成正比；

其中，所述探测信号的波长为所述传感器所发射定频信号的波长或所述传感器所发射扫频信号中心频点的波长。

5.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，多个所述凹槽结构呈阵列排布。

6.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述透镜包括主体部和支撑部，所述支撑部设置在所述主体部的外缘；其中，所述主体部包括所述匹配层和所述透镜本体；

所述主体部位于所述发射天线和所述接收天线的收发链路上。

7.根据权利要求6所述的传感器，其特征在于，所述主体部为新月透镜、平凸透镜、双凸透镜中的任一种。

8.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述匹配层呈圆弧体状；所述发射天线与所述透镜之间的间距由所述匹配层的直径确定。

9.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述匹配层和透镜本体共同形成聚拢所述发射天线和接收天线的收发辐射方向的立体结构。

10.根据权利要求1-9任一项所述的传感器，其特征在于，所述传感器包括裸片，所述发射天线与所述接收天线均集成在所述裸片的封装层中。

11.根据权利要求10所述的传感器，其特征在于，所述传感器为毫米波雷达传感器。

12.一种天线罩，设置在发收天线上，其特征在于，所述天线罩包括沿厚度方向设置的匹配层和透镜本体，所述匹配层朝向所述发收天线，所述匹配层由多个凹槽结构排布而成；所述凹槽的内底壁衔接于所述透镜本体，所述匹配层的第一介电常数小于所述透镜本体的第二介电常数。

13.根据权利要求12所述的天线罩，其特征在于，所述透镜包括主体部和支撑部，所述支撑部设置在所述主体部的外缘；其中，所述主体部包括所述匹配层和所述透镜本体；

所述主体部位于所述发收天线的收发链路上。

14.一种电子设备，其特征在于，包括设备本体和至少一个如权利要求1-11任一项所述的传感器；

其中，所述传感器用于将所探测到的目标信息发送至所述设备本体，以实现目标探测和/或辅助控制设备设备本体的运行。

15.根据权利要求14所述的电子设备，其特征在于，所述设备本体包括交通工具、安防设备、毫米波液位计、工业毫米波煤炭储量检测设备及工业化自动设备中的任意一种。

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