CN218334344U - 阵列天线、无线电器件和电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种阵列天线、无线电器件和电子设备，一种阵列天线包括：呈直线的传输线和间隔设置于传输线上的至少两个辐射单元，至少两个辐射单元的辐射相位相同，每个辐射单元远离传输线的一端设置有至少一个金属化通孔。本申请实施例公开的阵列天线、无线电器件和电子设备，提供了一种小型化、宽波束的阵列天线。

Description

阵列天线、无线电器件和电子设备

技术领域

本申请实施例涉及天线技术，尤其涉及一种阵列天线、无线电器件和电子设备。

背景技术

以毫米波雷达为例，其常采用阵列天线作为辐射单元以收发电磁波。阵列天线也应用于如蓝牙通信等无线通信设备。常用的阵列天线有水平极化和垂直极化两种形式。图1为水平极化阵列天线示意图，图2为垂直极化阵列天线示意图。其中，水平极化阵列天线比垂直极化阵列天线拥有更宽的波束宽度。

但从图1和图2所示阵列天线中可以看出，水平极化阵列天线的尺寸要大于垂直极化阵列天线，那么虽然水平极化阵列天线拥有更宽的波束宽度，但不利于使用阵列天线的雷达的小型化设计。

实用新型内容

本申请提供一种阵列天线、无线电器件和电子设备，提供了一种小型化、宽波束的阵列天线。

第一方面，本申请实施例提供一种阵列天线，包括：呈直线的传输线和价格设置于传输线上的至少两个辐射单元，至少两个辐射单元的辐射相位相同；每个辐射单元远离传输线的一端设置有至少一个金属化通孔。

在第一方面一种可能的实现方式中，至少两个辐射单元依次交错设置于传输线的两侧。

在第一方面一种可能的实现方式中，至少两个辐射单元垂直于传输线设置。

在第一方面一种可能的实现方式中，至少两个辐射单元与传输线呈45度角设置。

在第一方面一种可能的实现方式中，至少两个辐射单元的宽度相同。

在第一方面一种可能的实现方式中，至少两个辐射单元的宽度是根据阵列天线的天线辐射能量加权分布情况而设置的。

在第一方面一种可能的实现方式中，每个辐射单元的长度相同。

在第一方面一种可能的实现方式中，每个辐射单元的长度是基于中心频率对应的介质波长的四分之一而确定的。

在第一方面一种可能的实现方式中，每个辐射单元末端设置有至少两个金属化通孔，相邻金属化通孔之间的间距小于金属化通孔直径的两倍。

第二方便，本申请实施例提供了一种阵列天线，可包括：

呈直线延伸的传输线；

至少两个辐射单元，各辐射单元的一端连接于所述传输线上，另一端为自由端，以形成一根发射天线或接收天线；

其中，所述至少两个辐射单元依次交替间隔地分布在所述传输线的两侧，且至少部分辐射单元的自由端设置有金属化通孔，以使得在发射天线发射信号时，设置有金属化通孔的辐射单元的自由端外边缘的电场为零。

在第二方面一种可能的实现方式中，所述辐射单元的长度为四分之一介质波长；

其中，所述介质波长为所述发射天线所发定频信号的波长或所发射扫频信号的中心频点波长。

第三方面，本申请实施例提供一种无线电器件，包括承载体和如第一方面及第二方面任一种实现方式的阵列天线，阵列天线设置在承载体上，以及集成电路，设置在承载体上，其中，集成电路与阵列天线藕接，用于发收无线电信号。

第四方面，本申请实施例提供一种电子设备，包括：如第三方面所述的无线电器件，以及与无线电器件耦接的处理装置；

处理装置基于无线电器件所输出的数据执行目标探测、和/或执行辅助控制的操作。

本申请实施例提供的阵列天线、无线电器件和电子设备，包括呈直线的传输线和间隔设置于传输线上的至少两个辐射单元，至少两个辐射单元的辐射相位相同，每个辐射单元远离传输线的一端设置有至少一个金属化通孔，使得阵列天线拥有更小的尺寸，主要由于阵列天线尺寸的减小，传输线两侧的电流分布更为集中，增大了天线的水平波束宽度，提供了一种小型化、宽波束的阵列天线。

附图说明

图1为水平极化阵列天线示意图；

图2为垂直极化阵列天线示意图；

图3为本申请实施例提供的一种阵列天线的结构示意图；

图4为图3所示阵列天线中，一个辐射单元的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的另一种阵列天线的结构示意图；

图6为图1所示水平极化阵列天线的电流分布示意图；

图7为图3所示阵列天线的电流分布示意图；

图8为各阵列天线的水平方向图对比示意图；

图9为本申请实施例提供的另一种阵列天线的结构示意图。

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说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。

一些毫米波雷达天线可为如图1所示的水平极化阵列天线和如图2所示的垂直极化阵列天线。但在电子设备对天线的尺寸，日益严格的需求下，技术人员待系统化考虑如何在限制如图1至图2所示天线在水平方向上尺寸的同时，提供与其辐射的角度覆盖范围相当的阵列天线。

图3为本申请实施例提供的一种阵列天线的结构示意图，如图3所示，本实施例提供的阵列天线包括：传输线51和至少两个辐射单元52。在图3中以 10个辐射单元52为例进行示意性说明。

传输线51呈直线，至少两个辐射单元52间隔设置于传输线51上，至少两个辐射单元52的辐射相位相同。传输线51和至少两个辐射单元52共同构成一个水平极化的平面阵列天线。每个辐射单元52为阵列天线的一个辐射枝节。各辐射单元52之间需要具有一定的间距，该间距根据各辐射单元52的工作频段确定，以使同侧的各辐射单元52在辐射的时候是基于特定的相位差叠加的。例如，同侧相邻的辐射单元52之间间距一个介质波长的距离，以实现辐射的信号波是基于同相位叠加的。在一实施例中，在呈直线的传输线51两侧依次交错设置至少两个同相的辐射单元52，这样在传输线51的两侧均有辐射单元52，这样可以使得辐射单元52之间的间距更小，从一个介质波长变为半个介质波长。在辐射单元组阵的时候，俯仰的方向图不会出现由于辐射单元52之间间距过大而导致俯仰方向图形成过多旁瓣，另一方面，辐射单元52在左右排布的结构可以保证方向图的对称性。

每个辐射单元52远离传输线51的一端设置有至少一个金属化通孔53，在图3中以每个辐射单元52上包括3个金属化通孔53为例。每个辐射单元52上设置的金属化通孔53是指穿过辐射单元52且孔内部金属化的孔。由于各辐射单元52为金属材质，因此在各辐射单元52上设置金属化通孔53后，相当于将各辐射单元52的上下表面通过金属化通孔连通。所述金属化通孔53举例为贯通阵列天线所在的金属层的通孔，以使金属的孔壁连接金属层的上下表面；当传输线51的表面电流流向辐射单元52时，在辐射单元52和所述金属化通孔 53的作用下，表面分布的电流形成驻波，以形成稳定的辐射。

以图1所示的水平极化阵列天线为例，各辐射单元的长度约为二分之一中心频率的介质波长，这样当每个辐射单元在辐射时同相位，将使得整个阵列天线的辐射增益最大。而在以图3为例的实施例中，在每个辐射单元52远离传输线51的一端设置至少一个金属化通孔53，将截断各辐射单元52上的电流，使各辐射单元52上的电流发生变化，那么在相同的工作频率下，所设置的至少一个金属化通孔53可以使得各辐射单元52以短于基于中心频率的半个介质波长的长度辐射信号波，其中，所辐射的信号波的辐射覆盖范围，与未设置金属化通孔53的，基于中心频率的半个介质波长的长度而设计的辐射单元相比会更宽。一般地，在辐射单元52的末端设置金属化通孔53后，各辐射单元52的长度是基于中心频率的介质波长的四分之一而确定的，也就是各辐射单元52的长度约为四分之一中心频率的介质波长。各辐射单元52的具体真实长度需要根据天线仿真结果确定。

图4为图3所示阵列天线中的一个辐射单元的结构示意图，从图4中可以看出，本实施例提供的宽波束天线中，一个辐射单元52设置于传输线一侧，在末端设置至少一个金属化通孔53，且为了设置金属化通孔53，辐射单元52的末端适应性地具有略宽的孔盘54。当每个辐射单元52末端设置有至少两个金属化通孔53时，每个金属化通孔53之间的间距小于预设阈值。一般地，各金属化通孔53之间的间距设置为：孔中心间距大致为两倍的孔直径。例如，相邻金属化通孔53之间的间距小于金属化通孔53直径的两倍。

各辐射单元52的长度根据阵列天线的工作频段确定，每个辐射单元的长度可以相同，而各辐射单元52的宽度根据阵列天线所需的匹配特性确定。如图3 所示的阵列天线中，至少两个辐射单元52的宽度相同，这样可以实现等幅同相的阵列天线。而各辐射单元的宽度还可以根据阵列天线的天线辐射能量加权分布情况设置为不同宽度。例如图5所示阵列天线，图5为本申请实施例提供的另一种阵列天线的结构示意图。从图5中可以看出，设置于传输线71两侧的各辐射单元72、73、74的宽度不同。具体地，可通过对天线辐射能量的分布加权，实现不同宽度下的天线，保证俯仰面上的副瓣电平值，常见的加权方式包括切比雪夫加权，二项分布等，不同的加权会影响俯仰的副瓣，俯仰的波束宽度和正前方的增益。

图6为图1所示水平极化阵列天线的电流分布示意图，图7为图3所示宽波束阵列天线的电流分布示意图，从图6和图7中可以看出，两个阵列天线的电流分布情况类似，但由于金属化通孔的存在，本实施例提供的阵列天线的各辐射电流的长度将更短，变为四分之一介质波长，相比半个介质波长下的辐射的电流，位于传输线两侧的四分之一介质波长的辐射电流将使得天线对应的波束宽度的得到展宽。

图8为各阵列天线的水平方向图对比示意图，其中曲线101为如图1所示的水平极化阵列天线的水平方向图，曲线102为如图2所示的垂直极化阵列天线的水平方向图，曲线103为如图3所示的阵列天线的水平方向图。图中横坐标为水平方向角度，单位为度，纵坐标为归一化增益，单位为dB。从图中可以看出，本申请实施例提供的阵列天线具有更宽的水平波束宽度。

图3所示阵列天线中，各辐射单元52是垂直于传输线51设置的，但本申请实施例提供的阵列天线不以此为限，至少两个辐射单元52与传输线51可以呈一预设角度设置，这样可以使得阵列天线具有不同的极化方式。例如至少两个辐射单元52与传输线51可以呈45度角设置。如图9所示，图9为本申请实施例提供的另一种阵列天线的结构示意图。在图9所示阵列天线中，传输线111 上设置有8个辐射单元112，每个辐射单元112末端设置有一个金属化通孔113。各辐射单元112与传输线111呈45度设置。图3所示阵列天线为水平极化方式，而图9所示阵列天线为45度极化方式。

采用本实施例提供的阵列天线，可以使得阵列天线拥有更小的尺寸，主要由于阵列天线水平尺寸的减小，可增大天线的水平波束宽度。因此本实施例提供的阵列天线，提供了一种小型化、宽波束的阵列天线。

本申请实施例提供的阵列天线，包括呈直线的传输线和间隔设置于传输线上的至少两个辐射单元，至少两个辐射单元的辐射相位相同，每个辐射单元原理传输线的一端设置有至少一个金属化通孔，使得阵列天线拥有更小的尺寸，主要由于阵列天线尺寸的减小，增大了天线的水平波束宽度，提供了一种小型化、宽波束的阵列天线。

在可适用于基于上述各示例及其改进而配置的阵列天线的各实例中，所述传输线用于连接无线电器件中的信号发射器或信号接收器(统称为信号收发器)，以实现利用所述阵列天线中的辐射单元进行信号收发的功能。

所述传输线可利用集成电路结构所能构建的多种结构方式与各辐射单元耦接。例如，所述传输线可采用微带传输结构。又如，所述传输线利用跨层的过孔连接在信号收发器与各辐射单元连接；其中，过孔的孔壁可涂有金属层，以与金属地层连接，所述传输线与过孔无接触。

利用如上述所描述的方式，阵列天线可设置在芯片的封装体内，或者与芯片集成在同一PCB板上，而实现阵列天线与芯片的集成。

在此，术语芯片(integrated circuit，缩写作IC，又称为chip)，是通过将电路(主要包括半导体设备，也包括被动组件等)小型化的方式在半导体晶圆上制造的电路结构，其包括：裸片(die)和封装结构。其中，裸片是指在加工厂(foundry)生产出来的半导体电路结构，其包括用于封装的压焊点(pad)。这类裸片通常不直接应用于实际电路当中，而通过芯片封装技术对其外覆封装结构，以得到所述芯片。所述封装结构是覆盖裸片的结构，其包含引脚，以沟通形成在裸片中的内部电路与外部电路；还包括壳体，以用于固定、密封、保护裸片，并起到增强电热性能的作用。在此，所述传感器芯片(又称传感芯片、或雷达芯片、雷达传感器等)为利用制造上述芯片的技术，来制造包含天线在内的电路，以形成小型化、高电路集成度的电器件。

在一些传感器芯片的示例中，阵列天线可配置于裸片的表面、或封装结构中。例如，所述芯片为AiP(Antenna-In-Package，封装天线)芯片结构或AoC (Antenna-On-Chip，片上天线)等芯片结构。

在另一些传感器芯片中，阵列天线可配置在传感芯片之外，并通过传感芯片的引脚与芯片连接。

在一个可选的实施例中，可与本申请任一实施例中所阐述的传感芯片等同地，即传感芯片相互之间可具有同样的结构及功能，也可相互结合，以用于形成级联结构，为了阐述简便，在此便不予赘述，但应当理解的是，本领域人员基于本申请所记载的内容应当获悉的技术均应包含在本申请所记载的范围内。

在此，本申请实施例还提供一种无线电器件，包括：承载体、阵列天线和集成电路，阵列天线为上述任意实施例提供的阵列天线。集成电路用于发收无线电信号。其中，所述承载体举例为PCB板，或者芯片的封装结构。

所述阵列天线设置在承载体上，或者与所述集成电路集成为一体器件并设置在所述承载体上。例如，该阵列天线和集成电路为基于AiP或AoC结构的芯片。又如，所述集成电路通过传输线与阵列天线连接(即此时传感芯片或集成电路未集成有天线，可为SoC等)，用于收发无线电信号。其中，承载体可以为印刷电路板PCB，所述传输线包括PCB走线。

在一些如毫米波雷达等传感器类的无线电器件示例中，所述传感器的发射天线和接收天线中的至少一种为所述阵列天线。

所述集成电路至少包含集成在芯片中的：信号发射器、和信号接收器；还可以包括：信号处理模块。其中，所述信号发射器连接所述天线中的发射天线；信号接收器连接所述天线中的接收天线；所述信号处理模块连接信号接收器。

所述信号发射器用于将探测电信号调制到射频并馈电至发射天线，以使得发射天线产生中心频率在如64GHz、或77GHz等频段的探测信号波。其中，所述信号发射器可以产生中心频率为定频的探测信号波，或者以中心频率和预设带宽扫频的探测信号波。以所述探测信号波包括至少一个chirp信号为例，其中 chirp信号为基于线性调频周期而形成的电磁波信号，所述信号发射器基于线性调频周期的信号源进行倍频处理，并馈电至发射天线，以发射包含chirp信号的探测信号波。当探测信号波被物体反射时，形成回波信号波。所述接收天线受回波信号波而产生回波电信号。

所述信号接收器用于将所述回波电信号解调至基带信号，再通过模数转换输出对应的回波数字信号。所述回波数字信号至少是基于扫频频带的上限的两倍及两倍以上的采样率进行模数转换得到的。

信号处理模块用于对所接收的回波数字信号进行包含FFT在内的信号处理，以提取回波数字信号中的测量信息。其中，所述测量信息举例包括以下至少一种：距离信息、速度信息、角度信息等。所述信号处理模块将对应至少一个chirp 的测量信息予以输出，以供后续电路进行数据处理。

本申请还提供一种电子设备，其包括：处理装置；以及与如上述实施例的无线电器件耦接的处理装置。

具体地，在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，无线电器件可以设置在设备本体的外部。在本申请的其他实施例中，无线电器件还可以一部分设置在设备本体的内部，一部分设置在设备本体的外部。本申请实施例对此不作限定，具体视情况而定。例如在汽车壳体上设有装配孔，无线电器件安装在该装配孔处，且阵列天线通过装配孔配置在所述汽车壳体的表面。在本申请的另一个实施例中，无线电器件还可以设置在设备本体的内部。又如，所述无线电器件配置在液位测量设备的壳体内，其中，壳体举例为塑料材料，以便于电磁波透射。

在一个可选的实施例中，上述设备本体还可为应用于诸如智能住宅、交通、智能家居、消费电子、监控、工业自动化、舱内检测及卫生保健等领域的部件及产品。例如，该设备本体可为智能交通运输设备(如汽车、自行车、摩托车、船舶、地铁、火车等)、安防设备(如摄像头)、液位/流速检测设备、智能穿戴设备(如手环、眼镜等)、智能家居设备(如扫地机器人、门锁、电视、空调、智能灯等)、各种通信设备(如手机、平板电脑等)等，以及诸如道闸、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臂(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，例如汽车舱内检测、室内人员监控、智能医疗设备、消费电子设备等。

所述电子设备包括：如上述任一示例所述的无线电器件，以及与所述无线电器件耦接的处理装置。其中，所述处理装置基于所述无线电器件所输出的数据执行目标探测、和/或执行辅助控制的操作。所述处理装置包括中央处理器、存储器、存储管理设备、和数据接口等。其中，所述存储器中存储有程序；所述处理器通过运行程序而协调接口所连接的包含无线电器件在内的电子设备中的其他硬件部分协同工作。所述处理装置对所述无线电器件所输出的数据进行如目标检测、目标跟踪、物理量测量、或医疗测量等数据处理。在一些示例中，所述处理装置将数据处理的结果输出至人机交互装置，以供与使用者交互。在另一些示例中，所述处理装置将数据处理结果输出至如车辆的驱动系统，以辅助控制车辆的自动驾驶操作等。所述辅助控制的操作还根据电子设备所在设备的功能而进行调整，以空调设备为例，所述处理装置将数据处理结果输出至空调的摆风控制系统，以调整吹风的方向等。

以所述电子设备为汽车中配置有雷达传感器的车辆控制系统为例，所述车辆还包括车辆壳体、车辆驱动系统。所述车辆控制系统包括所述电子设备，以及所述电子设备中的无线电器件以雷达传感器为例，所述车辆控制系统通过数据接口连接车辆驱动系统等。

其中，车辆壳体上设有至少一个装配孔。所述装配孔用于装配雷达传感器。所述装配孔根据汽车控制系统对雷达传感器所提供的测量信息的需要，而设置在车辆壳体上的一个或多个位置。例如，所述装配孔为多个，并设置在车辆壳体的四个体角位置、和/或后视镜位置等；还可以设置在车辆的正前方和正后方，和/或车门位置等。

所述车辆的驱动系统用于驱动车辆整体移动，如前进、倒退、转弯等。所述驱动系统举例包括：发动机、传动机构、和车轮等。

所述处理装置与所述雷达传感器连接，用于根据所述雷达传感器所输出的数据提供警示信息和/或控制车辆驱动系统执行安全紧急操作。

以所述雷达传感器连接雷达警示器为例，所述雷达传感器配置在车辆后方的体角位置，该雷达传感器用于将车辆体侧至车辆后方大致90°范围内的障碍物信息。当倒车过程中，当雷达警示器根据该雷达传感器所提供的测量信息，确定对应范围内有障碍物时，则提供相应警示信息，如蜂鸣声、图像等。以所述雷达传感器连接自动辅助驾驶系统为例，所述雷达传感器配置在车辆后方的体角位置，该雷达传感器用于将车辆体侧至车辆后方大致90°范围内的障碍物信息。当倒车过程中，当自动辅助驾驶系统根据该雷达传感器所提供的测量信息，确定对应范围内有障碍物时，则控制车辆减速、甚至停止等。

注意，上述仅为本申请的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本申请不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本申请的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (13)

1.一种阵列天线，其特征在于，包括：

呈直线的传输线和间隔设置于所述传输线上的至少两个辐射单元，所述至少两个辐射单元的辐射相位相同；

每个辐射单元远离所述传输线的一端设置有至少一个金属化通孔。

2.根据权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，所述至少两个辐射单元依次交错设置于所述传输线的两侧。

3.根据权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，所述至少两个辐射单元垂直于所述传输线设置。

4.根据权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，所述至少两个辐射单元与所述传输线呈45度角设置。

5.根据权利要求1～4任一项所述的阵列天线，其特征在于，所述至少两个辐射单元的宽度相同。

6.根据权利要求1～4任一项所述的阵列天线，其特征在于，所述至少两个辐射单元的宽度是根据所述阵列天线的天线辐射能量加权分布情况而设置的。

7.根据权利要求1～4任一项所述的阵列天线，其特征在于，每个辐射单元的长度相同。

8.根据权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，每个辐射单元的长度是基于中心频率对应的介质波长的四分之一而确定的。

9.根据权利要求1～4任一项所述的阵列天线，其特征在于，每个辐射单元末端设置有至少两个金属化通孔，相邻金属化通孔之间的间距小于所述金属化通孔直径的两倍。

10.一种阵列天线，其特征在于，包括：

呈直线延伸的传输线；

至少两个辐射单元，各辐射单元的一端连接于所述传输线上，另一端为自由端，以形成一根发射天线或接收天线；

其中，所述至少两个辐射单元依次交替间隔地分布在所述传输线的两侧，且至少部分辐射单元的自由端设置有金属化通孔，以使得在所述发射天线发射信号时，设置有金属化通孔的辐射单元的自由端外边缘的电场为零。

11.根据权利要求10所述的阵列天线，其特征在于，所述辐射单元的长度为四分之一介质波长；

其中，所述介质波长为所述发射天线所发定频信号的波长或所发射扫频信号的中心频点波长。

12.一种无线电器件，其特征在于，包括：

承载体；

如权利要求1～11任一项所述的阵列天线，设置在所述承载体上；以及

集成电路，设置在所述承载体上；

其中，所述集成电路与所述阵列天线耦接，用于发收无线电信号。

13.一种电子设备，其特征在于，包括：如权利要求12所述的无线电器件，以及与所述无线电器件耦接的处理装置；

所述处理装置基于所述无线电器件所输出的数据执行目标探测、和/或执行辅助控制的操作。

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