CN219393702U - 一种雷达天线 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种雷达天线，该雷达天线包括：天线单元，其中，所述天线单元包括环状的辐射贴片，以及与所述辐射贴片对应设置的馈电线，所述馈电线的电流输出端与所述辐射贴片的电流输入端连接，所述辐射贴片的环状部位宽度与所述馈电线的宽度的比值为预设比值。采用上述技术方案，解决了相关技术中雷达天线的体积较大等问题，实现了减小雷达天线体积的技术效果。

Description

一种雷达天线
技术领域
本申请涉及雷达领域，具体而言，涉及一种雷达天线。
背景技术
如今车载毫米波雷达在安全驾驶辅助系统中作为重要的传感器被广泛应用。车载毫米波雷达天线是雷达收发电磁波链路中最关键的部分，为了使安装在复杂狭窄环境中的车载毫米波雷达具有较远距离探测的能力。微带天线由于结构简单、体积小、剖面低、易于集成和共形等特点被广泛使用于车载毫米波雷达产品当中。但是受限于车载环境下的有限空间，目前的天线系统体积过大，无法适配车载环境下的安装空间。
针对相关技术中雷达天线的体积较大等问题，尚未提出有效的解决方案。
实用新型内容
本申请实施例提供了一种雷达天线，以至少解决相关技术中雷达天线的体积较大等问题。
根据本申请实施例的一个实施例，提供了一种雷达天线方法，包括：天线单元，其中，所述天线单元包括环状的辐射贴片，以及与所述辐射贴片对应设置的馈电线，所述馈电线的电流输出端与所述辐射贴片的电流输入端连接，所述辐射贴片的环状部位宽度与所述馈电线的宽度的比值为预设比值。
在一个示例性实施例中，所述预设比值大于或等于0.9，且小于或等于1.1。
在一个示例性实施例中，所述辐射贴片为矩形贴片，所述矩形贴片的中心设置有矩形开孔。
在一个示例性实施例中，所述矩形贴片的长度为：
其中，L为矩形贴片长度，f0为雷达天线的工作频率，c为真空中光速，εe为有效介电常数，△L为等效辐射缝隙的宽度。
在一个示例性实施例中，所述矩形贴片宽度为：
其中，W为矩形贴片的宽度，f0为雷达天线的工作频率，c为真空中光速，εr为相对介电常数。
在一个示例性实施例中，所述辐射贴片的电流输入端设置在所述矩形贴片的一条边的中点处。
在一个示例性实施例中，所述天线单元的数量为多个，其中，多个所述天线单元依次级联，多个所述天线单元中前一级所述天线单元的所述辐射贴片的电流输出端与后一级所述天线单元的所述馈电线的电流输入端连接。
在一个示例性实施例中，相邻两级所述天线单元的所述辐射贴片的贴片中心之间的距离为所述雷达天线工作中心频点的介质波长。
在一个示例性实施例中，所述天线单元还包括：介质层和接地板，其中，所述介质层设置在所述接地板上，所述辐射贴片设置在所述介质层上。
在一个示例性实施例中，所述雷达天线单元的电流路径长度为所述雷达天线工作中心频点的介质波长的一半。
在本申请实施例中，雷达天线包括天线单元，天线单元包括环状的辐射贴片，以及与所述辐射贴片对应设置的馈电线，所述馈电线的电流输出端与所述辐射贴片的电流输入端连接，所述辐射贴片的环状部位宽度与所述馈电线的宽度的比值为预设比值，即将天线单元中的辐射贴片设计为环状的贴片，从而在保证天线单元在同样增益性能的前提下，实现天线单元的尺寸小型化，并且在设计环状的辐射贴片时，将贴片的环状部位的宽度与馈电线的宽度比值设置为预设比值，从而使得天线单元在方位面的波束宽度得到有效的展宽。采用上述技术方案，解决了相关技术中雷达天线的体积较大等问题，实现了减小雷达天线体积的技术效果。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
为了更清楚地说明本申请实施例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简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本申请实施例的一种雷达天线结构示意图；
图2是根据本申请实施例的一种可选的天线单元示意图；
图3是根据本申请实施例的一种可选的方位面波束宽度示意图；
图4是根据本申请实施例的一种可选的天线单元示意图；
图5是相关技术中的一种辐射贴片电流路径示意图；
图6是根据本申请实施例的一种辐射贴片电流路径示意图；
图7是根据本申请实施例的一种可选的雷达天线示意图；
图8是根据本申请实施例的一种可选的天线单元侧视图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，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”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，以便这里描述的本申请的实施例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。
在本实施例中提供了一种雷达天线，图1是根据本申请实施例的一种雷达天线结构示意图，步骤：天线单元12，其中，
所述天线单元包括环状的辐射贴片14，以及与所述辐射贴片对应设置的馈电线16，所述馈电线的电流输出端与所述辐射贴片的电流输入端连接，所述辐射贴片的环状部位宽度与所述馈电线的宽度的比值为预设比值。
通过上述步骤，将天线单元中的辐射贴片设计为环状的贴片，从而在保证天线单元在同样增益性能的前提下，实现天线单元的尺寸小型化，并且在设计环状的辐射贴片时，将贴片的环状部位的宽度与馈电线的宽度比值设置为预设比值，从而使得天线单元在方位面的波束宽度得到有效的展宽。采用上述技术方案，解决了相关技术中雷达天线的体积较大等问题，实现了减小雷达天线体积的技术效果。
可选地，在本实施例中，雷达天线中可以但不限于包括一个或者多个天线单元，当天线单元为多个时，多个天线单元可以根据需求进行连接，比如，可以将多个天线单元对应的馈电线的电流输入端连接在一起，或者还可以将多个天线单元依次级联，即将多个天线单元中前一级天线单元的辐射贴片的电流输出端与后一级天线单元的馈电线的电流输入端连接。
可选地，在本实施例中，辐射贴片的形状可以是圆形或者是多边形，通过在其中心开洞的方式使其变成环状的辐射贴片，环状的辐射贴片的中心开洞的形状可以但不限于是圆形或者其他多边形，本方案对此不做限定。
可选地，在本实施例中，预设比值的取值与天线单元输出信号的方位面波束宽度之间具有匹配关系，天线单元输出信号的方位面波束宽度不同，则预设比值的取值也不同。
作为一种可选的实施例，所述预设比值大于或等于0.9，且小于或等于1.1。
可选地，在本实施例中，当天线环状部位宽度与馈电线的宽度的比值大于或等于0.9，且小于或等于1.1时，天线单元输出信号在方位面的波束宽度得到有效的展宽，具体值需要利用仿真软件优化调整，同时要考虑加工精度。
图2是根据本申请实施例的一种可选的天线单元示意图，如图所示，天线单元包括馈电线16和环状的辐射贴片14，环状部位宽度为W1，馈电线的宽度为W0。
图3是根据本申请实施例的一种可选的方位面波束宽度示意图，如图3所示，图中横坐标为方位面角度，纵坐标为增益值，图中虚线和实线分别表示天线单元的辐射贴片的环状部位在不同宽度下，天线单元输出信号的方位面角度和增益值之间的关系，其中，虚线对应的天线单元的辐射贴片环状部位宽度小于实线对应的天线单元的辐射贴片环状部位宽度，如图所示，在方位面70度到120度的方向上，相比于实线对应的天线单元，虚线对应的天线单元输出信号的波束得到了有效的展宽。
作为一种可选的实施例，所述辐射贴片为矩形贴片，所述矩形贴片的中心设置有矩形开孔。
作为一种可选的实施例，所述矩形贴片的长度为：
其中，L为矩形贴片长度，f0为雷达天线的工作频率，c为真空中光速，εe为有效介电常数，△L为等效辐射缝隙的宽度。
作为一种可选的实施例，所述矩形贴片宽度为：
其中，W为矩形贴片的宽度，f0为雷达天线的工作频率，c为真空中光速，εr为相对介电常数。
图4是根据本申请实施例的一种可选的天线单元示意图，如图4所示：天线单元包括辐射贴片14、介质层18和馈电线16，辐射贴片14设置在介质层18上，辐射贴片14与馈电线16连接，如图所示，是一个长为L，宽为W，厚度为H，馈电方式选择为在宽边的中央进行侧馈的矩形微带贴片天线的结构模型。一般选取的介质板厚度电磁波在自由空间中的波长。当微带天线的周围全部都是均匀介质时，微带天线的电磁波传播模式是TEM模。但实际的微带天线是一侧为介质基板，一侧为不均匀介质的空气，因此微带天线的传播模式并不是严格意义上的TEM模。但是，由于微带天线的介质厚度，场的纵向分量很小，色散现象可以忽略，电磁能量大部分都集中在微带贴片和接地板之间的介质板内部，因此，我们可以认为电场沿着介质层厚度方向是均匀分布的。此时，微带天线的电磁波传播模式可以称为准TEM模。图中的辐射贴片可以看作宽度为W,长度为L,且终端开路的微带线，在辐射贴片的终端(边3处)将形成电压波腹。辐射贴片的长度L一般取L≈λe/2，其中，λe为电磁波在介质中的等效波长。终端反射的电磁波与入射电磁波叠加，在微带贴片的另一边(边1处)也出现电压波腹。辐射场能量主要产生于贴片边缘与接地板之间的缝隙，因此微带天线也属于一种缝隙天线，贴片边缘缝隙辐射场的叠加即为微带贴片天线的总辐射场。从边2的方向侧视，矩形贴片边缘处的辐射缝隙电场可分解到平行于x轴和平行于y轴的两个方向，其中边1和边3与地板间的两个缝隙电场沿着x轴方向的分量大小相等，方向相反，叠加之后相互抵消；只有边1和边3两个辐射缝隙沿y轴方向的分量会在天线远区形成辐射场。从边1的方向侧视，天线与接地板中间的电场分布矩形贴片边缘处的辐射缝隙电场可分解到平行于x轴和平行于z轴两个方向，其中边2和边4两个辐射缝隙处电场平行于z轴方向的分量大小相等，方向相反，相互抵消，在远场区没有辐射。从边3方向侧视，边2和边4两个辐射缝隙处电场沿z轴分量大小相等，方向相反，相互抵消。综上所述，矩形微带贴片天线只有边1和边3与接地板形成的两个辐射缝隙沿y轴方向的电场分量会在天线远区形成辐射场。
辐射贴片排布在馈电线一侧。因每个辐射贴片的电流方向相同，故其单元间距为天线工作中心频点的一倍介质波长，即λg，以实现同相激励。其贴片长度为天线工作中心频点介质波长的一半，即0.5λg，以实现谐振，从而将能量最大地辐射出去。辐射贴片主要靠开路端的等效磁流辐射，辐射贴片开路端的辐射电导，其中w为辐射贴片宽度，λ0为自由空间波长。
根据相关天线原理，天线的工作频段和天线的电长度是对应的，电长度越长，天线工作波长越长，工作频率越低；电长度越短，工作波长越短，工作频率越高。
假设辐射贴片的有效电长度设为Le，则有Le＝λg/2，其中λg表示导波波长，有：
辐射贴片的实际长度L以及宽度W的计算公式如下：
其中λ0表示自由空间波长；εr为相对介电常数；εe为有效介电常数；h为介质厚度；W表示微带贴片宽度；c表示真空中光速；f0表示天线工作频率；ΔL表示等效辐射缝隙的宽度。
所以从上面分析可知，如果天线的电流路径增加了，即电长度Le增加了，那么如果工作在同样的频段，采用挖孔形式的矩形贴片，那么只需要更小的物理尺寸L即可实现。
作为一种可选的实施例，所述辐射贴片的电流输入端设置在所述矩形贴片的一条边的中点处。
图5是相关技术中的一种辐射贴片电流路径示意图，如图5所示，微带贴片的电流、电压分布和天线的工作模式相关。下图箭头表示了贴片天线工作在基模模式的表面电流走向。
图6是根据本申请实施例的另一种辐射贴片电流路径示意图，如图6所示，如果将矩形贴片的中间挖空，则挖空部分边缘会增加电流的路径，如下图箭头部分所示，箭头表示矩形贴片挖空中间部分后的电流路径。从图上可以看到相比未挖空的矩形贴片，电流路径增加了，即天线的电长度增加了。
作为一种可选的实施例，所述天线单元的数量为多个，其中，多个所述天线单元依次级联，多个所述天线单元中前一级所述天线单元的所述辐射贴片的电流输出端与后一级所述天线单元的所述馈电线的电流输入端连接。
图7是根据本申请实施例的一种可选的雷达天线示意图，如图7所示，雷达天线包括10个天线单元，这些天线单元依次级联，第一级的天线单元的馈电线16的电流输入端连接在匹配段19上，前一级天线单元的环状辐射贴片14的电流输出端与后一级天线单元的馈电线16的电流输入端连接。
作为一种可选的实施例，相邻两级所述天线单元的所述辐射贴片的贴片中心之间的距离为所述雷达天线工作中心频点的介质波长。
作为一种可选的实施例，所述天线单元还包括：介质层和接地板，其中，所述介质层设置在所述接地板上，所述辐射贴片设置在所述介质层上。
图8是根据本申请实施例的一种可选的天线单元侧视图，如图8所示，天线单元从上至下依次为辐射贴片14、介质层18和接地板20，辐射贴片设置在介质层上，介质层设置在接地板上。
作为一种可选的实施例，所述雷达天线单元的电流路径长度为所述雷达天线工作中心频点的介质波长的一半。
可选地，在本实施例中，根据相关天线原理，天线的工作频段和天线的电长度是对应的，电长度越长，天线工作波长越长，工作频率越低；电长度越短，工作波长越短，工作频率越高。假设矩形贴片天线的有效电长度(电流路径长度)设为Le，则有Le＝λg/2，其中，λg为雷达天线工作中心频点的介质波长。
可选地，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，本实施例在此不再赘述。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本申请的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本申请不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种雷达天线，其特征在于，包括：天线单元，其中，
所述天线单元包括环状的辐射贴片，以及与所述辐射贴片对应设置的馈电线，所述馈电线的电流输出端与所述辐射贴片的电流输入端连接，所述辐射贴片的环状部位宽度与所述馈电线的宽度的比值为预设比值。
2.根据权利要求1所述的雷达天线，其特征在于，所述预设比值大于或等于0.9，且小于或等于1.1。
3.根据权利要求1所述的雷达天线，其特征在于，所述辐射贴片为矩形贴片，所述矩形贴片的中心设置有矩形开孔。
4.根据权利要求3所述的雷达天线，其特征在于，所述矩形贴片的长度为：
其中，L为矩形贴片长度，f0为雷达天线的工作频率，c为真空中光速，
εe为有效介电常数，△L为等效辐射缝隙的宽度。
5.根据权利要求3所述的雷达天线，其特征在于，所述矩形贴片宽度为：
其中，W为矩形贴片的宽度，f0为雷达天线的工作频率，c为真空中光速，εr为相对介电常数。
6.根据权利要求3所述雷达天线，其特征在于，所述辐射贴片的电流输入端设置在所述矩形贴片的一条边的中点处。
7.根据权利要求1所述的雷达天线，其特征在于，所述天线单元的数量为多个，其中，多个所述天线单元依次级联，多个所述天线单元中前一级所述天线单元的所述辐射贴片的电流输出端与后一级所述天线单元的所述馈电线的电流输入端连接。
8.根据权利要求7所述的雷达天线，其特征在于，相邻两级所述天线单元的所述辐射贴片的贴片中心之间的距离为所述雷达天线工作中心频点的介质波长。
9.根据权利要求1所述的雷达天线，其特征在于，所述天线单元还包括：介质层和接地板，其中，所述介质层设置在所述接地板上，所述辐射贴片设置在所述介质层上。
10.根据权利要求1所述的雷达天线，其特征在于，所述雷达天线单元的电流路径长度为所述雷达天线工作中心频点的介质波长的一半。
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