CN220021575U - 一种三功分器及毫米波雷达 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种三功分器，该三功分器包括：输入端微带线，与所述输入端微带线连接的三个第一分支，以及与三个第一分支一一对应连接的三个第二分支；其中，所述输入端微带线的电阻为50Ω、所述第一分支的电阻为70Ω、所述第二分支的电阻为50Ω。本实用新型功分器使用参数化方法，优化CAD模型设计，实现最小电磁辐射损失，降低副瓣效应，最大程度减小对天线辐射性能的影响，功分器具有带宽大，体积小，损耗低且易加工的优点，能够满足各种毫米波雷达天线系统使用要求。
Description
技术领域
本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种三功分器及毫米波雷达。
背景技术
毫米波雷达是指工作在毫米波波段探测的雷达，其用于探测并获取周边物体位置、物体速度信息，可应用于无人机、自动驾驶汽车以及工业机器人上，使得无人机、自动驾驶汽车以及工业机器人具有障碍物躲避和路径自动规划功能。微带阵列天线体积小，加工方便，常用于毫米波雷达系统。各种微带天线电路器件中，功分器最为常见。功分器的插入损耗和辐射性能，直接影响毫米波雷达天线系统的性能。而受物理空间所限，通常微带一分三功分器线路存在弯曲，线距较小，因此不可避免的导致微带传输线间的互藕和电磁辐射。
实用新型内容
本申请提供了一种三功分器及毫米波雷达，改善天线的性能。
本申请提供了一种三功分器，该三功分器包括：输入端微带线，与所述输入端微带线连接的三个第一分支，以及与三个第一分支一一对应连接的三个第二分支；其中，
所述输入端微带线的电阻为50Ω、所述第一分支的电阻为70Ω、所述第二分支的电阻为50Ω。
本实用新型功分器使用参数化方法，优化CAD模型设计，实现最小电磁辐射损失，降低副瓣效应，最大程度减小对天线辐射性能的影响，功分器具有带宽大，体积小，损耗低且易加工的优点，能够满足各种毫米波雷达天线系统使用要求。
在一个具体的可实施方案中，三个所述第一分支中，位于最外侧的两个第一分支均为弧线形分支，且两个第一分支的内凹方向相背；其中，两个第一分支的内边弧半径均为56mil，圆心角均为45°；
位于中间的第一分支为直线型分支。
在一个具体的可实施方案中，三个所述第二分支中，位于最外侧的两个分支均为弧线形分支，且两个第二分支的内凹方向相对；其中，两个第二分支的内边弧半径均为188.5mil，圆心角均为45°；
位于中间的第二分支为S型分支；该第二分支包括：沿远离所述输入端微带线方向依次连接的第一子分支、第二子分支、第三子分支、第四子分支及第五子分支；其中，
所述第一子分支为直线型分支，所述第二子分支为弧线形分支，内边弧半径51mil，圆心角45°；所述第三子分支为弧线形分支，内边弧半径51mil，圆心角45°；所述第四子分支为弧线形分支，内边弧半径51mil，圆心角45°；所述第五子分支为弧线形分支，内边弧半径51mil，圆心角45°；且所述第二子分支与所述第三子分支的内凹方向相反；所述第三子分支与所述第四子分支的内凹方向相同，所述第五子分支与所述第四子分支的内凹方向相反。
在一个具体的可实施方案中，所述第一分支线宽6.48mil，所述第二分支的线宽为10.9mil。
在一个具体的可实施方案中，还包括与三个所述第二分支一一对应连接的输出端微带线。
在一个具体的可实施方案中，位于两侧的所述输出端微带线的线宽为10.9mil，长度为29.6mil；
位于中间的输出端微带线的线宽为10.9mil，长度为4.62mil。
在一个具体的可实施方案中，所述输入端微带线的线宽为10.9mil，长度为47.5mil。
在一个具体的可实施方案中，所述第一分支、所述第二分支及所述输入端微带线为一体结构。
在一个具体的可实施方案中，还包括：地线层，与所述地线层层叠的高频介质层以及微带线层；其中，所述第一分支、所述第二分支及所述输入端微带线设置在所述微带线层。
第二方面，提供了一种毫米波雷达，该雷达包括上述任一项所述功分器以及与所述功分器连接的串馈天线。
本实用新型功分器使用参数化方法，优化CAD模型设计，实现最小电磁辐射损失，降低副瓣效应，最大程度减小对天线辐射性能的影响，功分器具有带宽大，体积小，损耗低且易加工的优点，能够满足各种毫米波雷达天线系统使用要求。
附图说明
图1为本申请实施例提供的三功分器的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的三功分器结构组成图；
图3为三功分器输入端口驻波比仿真结果；
图4为第一分支的插入耗损示意图；
图5为第二分支的插入耗损示意图；
图6为第三分支的插入耗损示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。
需要说明的是，除非另外定义，本说明书一个或多个实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书一个或多个实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
为方便理解本申请实施例提供的三功分器，首先说明其应用场景。本申请实施例提供的三功分器应用于毫米波雷达。毫米波雷达是指工作在毫米波波段探测的雷达，其用于探测并获取周边物体位置、物体速度信息，可应用于无人机、自动驾驶汽车以及工业机器人上，使得无人机、自动驾驶汽车以及工业机器人具有障碍物躲避和路径自动规划功能。微带阵列天线体积小，加工方便，常用于毫米波雷达系统。各种微带天线电路器件中，功分器最为常见。功分器的插入损耗和辐射性能，直接影响毫米波雷达天线系统的性能。而受物理空间所限，通常微带一分三功分器线路存在弯曲，线距较小，因此不可避免的导致微带传输线间的互藕和电磁辐射。
功分器是毫米波雷达微带天线常用器件，目前采用的功分器在设计时仅针对端口的阻抗匹配进行优化，以获得较小的传输损耗。
但申请人发现传输损耗由3个因素决定：阻抗匹配情况、带线电阻损耗和辐射损耗。现有功分器在设计时未考虑辐射损耗因素，在造成额外损耗的同时，还会影响天线辐射方向图，降低主瓣增益，抬高副瓣电平。
为此本申请实施例提供了一种三功分器，以改善其电性能。下面结合具体的附图以及实施例对其进行说明。
参考图1及图2，图1示出了本申请实施例提供的功分器的结构。图2示出了功分器的各部分的结构。本申请提供了一种三功分器10，该三功分器10包括：输入端微带线11，与输入端微带线11连接的三个第一分支12，以及与三个第一分支12一一对应连接的三个第二分支13；其中，输入端微带线11的电阻为50Ω、第一分支12的电阻为70Ω、第二分支13的电阻为50Ω。
示例性的，本实用新型提供三功分器10用于77-81GHz毫米波雷达天线系统设计。
其包括设置在高频微带线路板上的输入端微带线11(50Ω)、3个70Ω分支(第一分支12)、3个50Ω分支(第二分支13)。其中，高频微带线路板包括地线层，与地线层层叠的高频介质层以及微带线层20。第一分支12、第二分支13及输入端微带线11设置在微带线层20。也即微带线路位于微带线层20。
另外，三功分器10还包括与三个第二分支13一一对应连接的输出端微带线14。该输出端微带线14用于与天线连接。
在使用时，毫米波雷达芯片单元产生的发射信号通过阻抗为50Ω的输入端微带线11传输到功分器输入端，经功分器分配给相应的串馈天线，串馈天线同样位于微带线层20的第一分支12、第二分支13及第三分支相接，完成空间辐射，覆盖雷达前方侦测区域。接收从目标返回的雷达信号时，功分器反向工作，作为合成器使用，被照射物体后向散射的雷达信号经功分器三路分支端口，合并为一路，经微带线路输入毫米波雷达芯片。
在本申请实施例中，二功分器10的工作频段为76GHz～81GHz。
在具体设置时，三个第一分支12中，位于最外侧的两个第一分支12均为弧线形分支，且两个第一分支12的内凹方向相背；而位于中间的第一分支12为直线型分支。示例性的，在具体设置时，位于最外侧的两个第一分支12对应的半径相同。如两个第一分支12的内边弧半径均为56mil，圆心角均为45°。也即两个第一分支12采用对称的方式设置，其对称分列在位于中间的第一分支12的两侧。
在设置第二分支13时，三个第二分支13也采用不同的方式设置。其中，三个第二分支13中，位于最外侧的两个分支均为弧线形分支，且两个第二分支13的内凹方向相对。而位于中间的第二分支13为S型分支；该第二分支13包括：沿远离输入端微带线11方向依次连接的第一子分支121、第二子分支122、第三子分支123、第四子分支124及第五子分支125。具体的，第一子分支121为直线型分支，第二子分支122为弧线形分支，内边弧半径51mil，圆心角45°；第三子分支123为弧线形分支，内边弧半径51mil，圆心角45°；第四子分支124为弧线形分支，内边弧半径51mil，圆心角45°；第五子分支125为弧线形分支，内边弧半径188.5mil，圆心角45°；且第二子分支122与第三子分支123的内凹方向相反；第三子分支123与第四子分支124的内凹方向相同，第五子分支125与第四子分支124的内凹方向相反。
在具体设置最外侧的两个第二分支13时，位于最外侧的两个第二分支13对应的半径相同。如两个第二分支13的内边弧半径均为188.5mil，圆心角均为45°；也即两个第二分支13采用对称的方式设置，其对称分列在位于中间的第一分支12的两侧。
在具体设置中间的第二分支13时，第二子分支122的内边弧半径51mil，圆心角45°；第三子分支123的内边弧半径51mil，圆心角45°；第四子分支124的内边弧半径51mil，圆心角45°；第五子分支125的内边弧半径188.5mil，圆心角45°。
为实现第一分支12与第二分支13之间电阻的差异，在设置时，第一分支12的线宽小于第二分支13的线宽。具体的，第一分支12的线宽6.48mil，第二分支13的线宽为10.9mil。从而使得两个分支具有不同的电阻。
在具体设置输出端微带线14时，三个第二分支13对应的输出端微带线14的长度也不同。其中，位于两侧的输出端微带线14的线宽为10.9mil，长度为29.6mil；位于中间的输出端微带线14的线宽为10.9mil，长度为4.62mil。而对于输入端微带线11的长度，在本申请实施例中采用：输入端微带线11的线宽为10.9mil，长度为47.5mil。
在具体设置上述的三功分器10的结构时，其第一分支12、第二分支13及输入端微带线11为一体结构，以便方便制备。也即在本申请实施例提供的三功分器10中，不同阻抗的微带线均为一体成型，特征阻抗值由带线宽度控制。
下面详细说明本申请实施例提供的三功分器10各部分的材质以及尺寸。
高频介质层材料为Rogers3003，材料厚度5mil。
微带线层20和地线层铜厚2mil。
输入端微带线11(50Ω)线宽10.9mil，长度47.5mil。
三个第一分支12中，位于中间的第一分支12线宽6.48mil，长度44mil；位于两侧的两个第一分支12均为：线宽6.48mil，内边弧半径56mil，圆心角45°。
三个第二分支13中：位于两侧的两个第二分支13均为线宽10.9mil，内边弧半径188.5mil，圆心角45°。位于中间的第二分支13中，第一子分支121的线宽10.9mil，长度9.63mil；第二子分支122的线宽10.9mil，内边弧半径51mil，圆心角45°；第三子分支123的线宽10.9mil，内边弧半径51mil，圆心角45°；第四子分支124的线宽 10.9mi l，内边弧半径51mil，圆心角45°；第五子分支125的线宽10.9mil，内边弧半径51mil，圆心角45°。
三个输出端微带线14中，位于两侧的两个输出端微带线14的线宽10.9mil，长度29.6mil；位于中间的输出端微带线14的线宽10.9mil，长度4.62mil。
对本申请实施例提供的上述功分器进行仿真，仿真结果具体如下：如图3所示，功分器在12GHz工作带宽范围内，输入端口驻波比小于1.1；如图4所示，功分器输入端至最左侧分支端口，在9GHz带宽范围内，插入损耗小于4.9db；如图5所示，功分器输入端至中间分支的端口，在9GHz带宽范围内，插入损耗小于5.16db；如图6所示，功分器输入端至右侧分支的端口，在9GHz带宽范围内，插入损耗小于5.47db。
在上述方案中，本实用新型功分器使用参数化方法，优化CAD模型设计，实现最小电磁辐射损失，降低副瓣效应，最大程度减小对天线辐射性能的影响，功分器具有带宽大，体积小，损耗低且易加工的优点，能够满足各种毫米波雷达天线系统使用要求。
通过上述描述可看出，本实用新型实施例的功分器具有带宽大，体积小，损耗低且易加工的优点，能够满足各种毫米波雷达天线系统使用要求。
本申请实施例还提供了一种毫米波雷达，该雷达包括上述任一项功分器以及与功分器连接的串馈天线。本实用新型功分器使用参数化方法，优化CAD模型设计，实现最小电磁辐射损失，降低副瓣效应，最大程度减小对天线辐射性能的影响，功分器具有带宽大，体积小，损耗低且易加工的优点，能够满足各种毫米波雷达天线系统使用要求。
本说明书一个或多个实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种三功分器，其特征在于，包括：输入端微带线，与所述输入端微带线连接的三个第一分支，以及与三个第一分支一一对应连接的三个第二分支；其中，
所述输入端微带线的电阻为50Ω、所述第一分支的电阻为70Ω、所述第二分支的电阻为50Ω。
2.根据权利要求1所述的三功分器，其特征在于，三个所述第一分支中，位于最外侧的两个第一分支均为弧线形分支，且两个第一分支的内凹方向相背；其中，两个第一分支的内边弧半径均为56mil，圆心角均为45°；
位于中间的第一分支为直线型分支。
3.根据权利要求1或2所述的三功分器，其特征在于，三个所述第二分支中，位于最外侧的两个分支均为弧线形分支，且两个第二分支的内凹方向相对；其中，两个第二分支的内边弧半径均为188.5mil，圆心角均为45°；
位于中间的第二分支为S型分支；该第二分支包括：沿远离所述输入端微带线方向依次连接的第一子分支、第二子分支、第三子分支、第四子分支及第五子分支；其中，
所述第一子分支为直线型分支，所述第二子分支为弧线形分支，内边弧半径51mil，圆心角45°；所述第三子分支为弧线形分支，内边弧半径51mil，圆心角45°；所述第四子分支为弧线形分支，内边弧半径51mil，圆心角45°；所述第五子分支为弧线形分支，内边弧半径51mil，圆心角45°；且所述第二子分支与所述第三子分支的内凹方向相反；所述第三子分支与所述第四子分支的内凹方向相同，所述第五子分支与所述第四子分支的内凹方向相反。
4.根据权利要求3所述的三功分器，其特征在于，所述第一分支线宽6.48mil，所述第二分支的线宽为10.9mil。
5.根据权利要求3所述的三功分器，其特征在于，还包括与三个所述第二分支一一对应连接的输出端微带线。
6.根据权利要求5所述的三功分器，其特征在于，位于两侧的所述输出端微带线的线宽为10.9mil，长度为29.6mil；
位于中间的输出端微带线的线宽为10.9mil，长度为4.62mil。
7.根据权利要求5所述的三功分器，其特征在于，所述输入端微带线的线宽为10.9mil，长度为47.5mil。
8.根据权利要求1～7任一项所述的三功分器，其特征在于，所述第一分支、所述第二分支及所述输入端微带线为一体结构。
9.根据权利要求8所述的三功分器，其特征在于，还包括：地线层，与所述地线层层叠的高频介质层以及微带线层；其中，所述第一分支、所述第二分支及所述输入端微带线设置在所述微带线层。
10.一种毫米波雷达，其特征在于，包括如权利要求1～9任一项所述功分器以及与所述功分器连接的串馈天线。
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