CN220042277U - 宽波束微带天线及毫米波雷达 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种宽波束微带天线及毫米波雷达，该宽波束微带天线包括依次层叠设置的接地层、绝缘介质层和贴片层；其中，所述贴片层的中心区域设有两个对称设置的三角形镂空部。本实用新型提供的宽波束微带天线，通过在贴片层的中心区域设置两个对称的三角形镂空部，利用天线交叉极化拓宽磁场方向的波束宽度的原理，能够使天线具有较大的半功率波束宽度；而且该宽波束微带天线结构简单、加工方便、生产成本低。
Description
技术领域
本实用新型是关于天线技术领域，特别是关于一种宽波束微带天线及毫米波雷达。
背景技术
目前普遍使用的微带天线半功率波束宽度一般在80°左右，随着毫米波雷达在智能家居上的广泛应用，宽波束微带天线的需求日益增多，普通的微带天线已经不能满足大家的需求。为了能实现广范围获取目标信息，宽波束天线纷纷问世。但是现有的宽波束微带天线大多有着结构复杂，加工难度高，导致加工难度大且成本较高等缺点
因此，针对上述技术问题，有必要提供一种新的宽波束微带天线及毫米波雷达。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种宽波束微带天线及毫米波雷达，其具有较大的半功率波束宽度，且易于加工、生产成本低。
为实现上述目的，本实用新型提供的技术方案如下：
第一方面，本实用新型提供了一种宽波束微带天线，其包括依次层叠设置的接地层、绝缘介质层和贴片层；其中，所述贴片层的中心区域设有两个对称设置的三角形镂空部。
在一个或多个实施方式中，两个所述三角形镂空部的顶角相对设置。
在一个或多个实施方式中，在两个所述三角形镂空部的顶角之间设有延伸部，所述延伸部自两个所述三角形镂空部的顶角朝所述贴片层的边缘延伸且延伸超出所述贴片层的边缘。
在一个或多个实施方式中，所述贴片层上还设有位于所述延伸部两侧的第一缝隙和第二缝隙，所述第一缝隙和所述第二缝隙自两个所述三角形镂空部的顶角朝所述贴片层的边缘延伸且贯通所述贴片层的边缘。
在一个或多个实施方式中，所述贴片层位于所述绝缘层的中心区域。
在一个或多个实施方式中，所述贴片层的形状为矩形。
在一个或多个实施方式中，所述贴片层的长度大于其宽度的2.5倍。
在一个或多个实施方式中，所述接地层和所述绝缘介质层的形状为矩形。
在一个或多个实施方式中，所述接地层和所述绝缘介质层的长度大于所述贴片层的长度的2倍，所述接地层和所述绝缘介质层的宽度大于所述贴片层的宽度的6倍。
第而方面，本实用新型提供了一种毫米波雷达，其包括如前所述的宽波束微带天线。
与现有技术相比，本实用新型提供的宽波束微带天线，通过在贴片层的中心区域设置两个对称的三角形镂空部，利用天线交叉极化拓宽磁场方向的波束宽度的原理，能够使天线具有较大的半功率波束宽度；而且该宽波束微带天线结构简单、加工方便、生产成本低。
附图说明
图1是本实用新型一实施方式中宽波束微带天线的侧视图；
图2是本实用新型一实施方式中宽波束微带天线的主视图；
图3是本实用新型一实施方式中宽波束微带天线的仿真结果测试图。
主要附图标记说明：
1-接地层，2-绝缘介质层，3-贴片层，31-三角形镂空部，32-延伸部，33-第一缝隙，34-第二缝隙。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其他元件或其他组成部分。
请参照图1和图2所示，本实用新型一实施方式中的宽波束微带天线，包括依次层叠设置的接地层1、绝缘介质层2和贴片层3；其中，贴片层3的中心区域设有两个对称设置的三角形镂空部31。
需要说明的是，本实施方式中提供的宽波束微带天线采用贴片天线(patchantenna)结构，是一种平面天线，由设于绝缘介质层2相对的两表面上的一层贴片层3(导体衬底)和一层接地层1(金属衬底)构成。贴片层3通常为一个方形、圆形或其他形状的金属导体。绝缘介质层2通常由玻璃纤维、Teflon等材料制成。接地层1设置在贴片层3的正下方，接地层1可以是一整块金属或者一些导电的材料。在贴片层3和接地层1之间，可形成一个微带线状的传输线。通过改变贴片层3和绝缘介质层2的形状和电性质，可以实现不同的频段和辐射特性。
一示例性的实施例中，贴片层3的两个三角形镂空部31的顶角相对设置。通过在贴片层3的中心区域，挖空两个顶角相对且对称设置的三角形镂空部31，并使其与贴片层3表面保持同一平面，可以形成一个类似“三角形patch天线”的天线结构。相比于传统的矩形patch天线，三角形patch天线具有更广阔的工作频带和更加均匀的辐射特性。利用三角形导体的形状和电性质，可以激励出更多的高次模式。与基本模式相比，这些高次模式具有更高的频率和更复杂的辐射特性，从而可以提供更多的辐射功率和更宽的波束宽度。
需要说明的是，在电磁学中，任何一种电磁场模式都可以看作是由不同频率的正弦波叠加而成。对于一个给定的天线结构，每个频率都对应着一种特定的电磁场模式，这种模式的特点包括辐射功率、辐射特性、极化方向等等。当一个天线的导体形状变化时，会导致天线支持不同的电磁场模式。而三角形导体与矩形导体相比，具有更丰富的形状和更多的自由度。在三角形导体中，由于其尖角和斜边的存在，电磁场的边界条件发生了变化，这就导致了一些新的电磁场模式的产生。这些新的模式往往具有更高的频率和更复杂的辐射特性，可以为天线提供更多的辐射功率和更广泛的覆盖范围。此外，由于三角形导体的形状和电性质不同于矩形导体，它的电磁场分布也不同于矩形导体。这导致了三角形导体可以支持不同的谐振模式，这些模式往往具有更高的Q值和更窄的带宽。利用这些谐振模式，可以在更宽的频带范围内实现高效的信号辐射和接收。因此，三角形导体的形状和电性质具有更多的自由度，可以激励出更多的高次模式。这些模式具有更高的频率和更复杂的辐射特性，可以提供更多的辐射功率和更广泛的覆盖范围。
具体地，在两个三角形镂空部31的顶角之间设有延伸部32，延伸部32自两个三角形镂空部31的顶角朝贴片层3的边缘延伸且延伸超出贴片层3的边缘。通过在贴片层3中心区域处挖空的两个三角形镂空部31，可以创造一个对称的电磁场结构，从而促进高次模式的激励。在这种情况下，高次模式通常会被激励在天线的边缘区域，可以通过延伸部32增加天线的电长度来进一步促进，从而使这种结构可以有效地提高磁场方向的波束宽度，以实现更广泛的信号覆盖范围。
需要说明的是，在一些天线结构中，如三角形天线、圆形天线等，高次模式通常会在天线的边缘区域被激励。这是因为边缘区域对于电场和磁场的分布具有更大的影响。边缘区域的电磁场分布相对复杂，而且会引入更多的辐射能量，从而产生更高次的模式。为了进一步促进高次模式的激励，可以采取增加天线的电长度的方式。增加天线的电长度意味着增加天线导体的长度或延长电磁波在天线导体上的传播路径。这样可以改变天线的谐振频率和电磁场分布，使得更高次的模式被激励。通过增加天线的电长度，可以改变天线的谐振条件，使得较高频率的模式能够共振并得到较大的激励。这进一步扩展了天线的工作频带和辐射特性，提供了更多的辐射功率和更广泛的波束宽度。
进一步地，贴片层3上还设有位于延伸部32两侧的第一缝隙33和第二缝隙34，第一缝隙33和第二缝隙34自两个三角形镂空部31的顶角朝贴片层3的边缘延伸且贯通贴片层3的边缘。
一示例性的实施例中，贴片层3位于绝缘层的中心区域，贴片层3的中心优选为对应于绝缘层的中心设置。贴片层3的形状为矩形，贴片层3的长度大于其宽度的2.5倍。矩形天线的谐振频率与其尺寸相关，特别是与长度有关，通过增加长度，可以扩展天线的谐振频率范围，使其能够在更宽的频段上工作，这样可以增加天线的应用灵活性和适应性。增加矩形天线的长度，可以增加导体表面上的电流分布长度，从而提高电流的效应长度，进而提高辐射效率。增加长度可以改变天线的辐射模式，例如调整主瓣的方向性和波束宽度。
具体地，接地层1和绝缘介质层2的形状为矩形。接地层1和绝缘介质层2的长度大于贴片层3的长度的2倍，接地层1和绝缘介质层2的宽度大于贴片层3的宽度的6倍。
请参照图3所示，为本实用新型一实施方式中宽波束微带天线的仿真结果测试图。由图3可知，本实用新型提供的宽波束微带天线的半功率波束宽度超过150°，明显高于普通的微带天线的半功率波束宽度(约80°)。
综上所述，本实用新型提供的宽波束微带天线，通过在贴片层3的中心区域设置两个对称的三角形镂空部31，利用天线交叉极化拓宽磁场方向的波束宽度的原理，能够使天线具有较大的半功率波束宽度；而且该宽波束微带天线结构简单、加工方便、生产成本低。
本实用新型一实施方式中还提供了一种毫米波雷达，该毫米波雷达包括前述任一实施例中的宽波束微带天线。
前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本实用新型的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (8)
1.一种宽波束微带天线，其特征在于，包括依次层叠设置的接地层、绝缘介质层和贴片层；
其中，所述贴片层的中心区域设有两个对称设置的三角形镂空部，两个所述三角形镂空部的顶角相对设置，在两个所述三角形镂空部的顶角之间设有延伸部，所述延伸部自两个所述三角形镂空部的顶角朝所述贴片层的边缘延伸且延伸超出所述贴片层的边缘。
2.如权利要求1所述的宽波束微带天线，其特征在于，所述贴片层上还设有位于所述延伸部两侧的第一缝隙和第二缝隙，所述第一缝隙和所述第二缝隙自两个所述三角形镂空部的顶角朝所述贴片层的边缘延伸且贯通所述贴片层的边缘。
3.如权利要求1所述的宽波束微带天线，其特征在于，所述贴片层位于所述绝缘介质层的中心区域。
4.如权利要求3所述的宽波束微带天线，其特征在于，所述贴片层的形状为矩形。
5.如权利要求4所述的宽波束微带天线，其特征在于，所述贴片层的长度大于其宽度的2.5倍。
6.如权利要求5所述的宽波束微带天线，其特征在于，所述接地层和所述绝缘介质层的形状为矩形。
7.如权利要求6所述的宽波束微带天线，其特征在于，所述接地层和所述绝缘介质层的长度大于所述贴片层的长度的2倍，所述接地层和所述绝缘介质层的宽度大于所述贴片层的宽度的6倍。
8.一种毫米波雷达，其特征在于，包括如权利要求1～7中任一项所述的宽波束微带天线。
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| CN202321414903.5U CN220042277U (zh) | 2023-06-05 | 2023-06-05 | 宽波束微带天线及毫米波雷达 |
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