CN220172350U - 功分器结构、波束赋形天线以及毫米波雷达 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于雷达天线技术领域，涉及一种功分器结构、波束赋形天线以及毫米波雷达。该功分器结构包括阻抗变换线、第一阻抗变换段和第二阻抗变换段，所述阻抗变换线具有输入端、第一输出端、第二输出端以及调节交点，所述第一阻抗变换段与所述第一输出端相接；所述第二阻抗变换段包括第一微带线，所述第一微带线与所述第二输出端相接，所述第一微带线呈弯曲状；沿所述阻抗变换线的延伸方向，所述第一微带线最靠近所述输入端的边缘位于所述调节交点靠近所述输入端的一侧。该功分器结构可缩短微带馈线长度，从而降低由于馈线过长而带来的寄生辐射，降低俯仰面副瓣电平，提高对应毫米波雷达的抗干扰能力。

Description

功分器结构、波束赋形天线以及毫米波雷达

技术领域

本实用新型属于雷达天线技术领域，特别是涉及一种功分器结构、波束赋形天线以及毫米波雷达。

背景技术

车载毫米波雷达作为一种预防交通事故的有效手段，具有分辨率高、频带宽、抗干扰能力强等特点，受到各大汽车厂商重视，可在各种环境下实现全天候工作，全面满足ACC(Adaptive Cruise Control，自适应巡航系统)、BSD(Blind Spot Detection，盲点检测)、LCA(Lane Change Assist，并线辅助)、FCW(Forward Collision Warning，前车防撞预警)等多项ADAS(Advanced Driving Assistance System，高级辅助驾驶系统)功能需求。随着智能驾驶的快速发展，对车载毫米波雷达的性能也提出越来越高的要求，需要车载毫米波雷达天线具有更高的角度分辨率及抗干扰能力。

现有技术中，为提高车载毫米波雷达天线的角度分辨率，通常采用不同的发射天线和接收天线排布对车载毫米波雷达天线进行布局。而对于车载毫米波雷达天线的抗干扰能力，由于雷达毫米波天线过高的副瓣电平会导致雷达采集目标信息模糊、识别不清及信噪比增加等问题，因此，为提高毫米波雷达的抗干扰能力，现有技术中多从优化毫米波雷达天线的低副瓣电平着手。

随着车载毫米波雷达技术的更迭，雷达水平视场需求已从100度升级到150度且有120m以上的探测距离需求，意味着天线需要更大的尺寸及更大的增益以满足探测距离的需求。现有的车载毫米波雷达天线一般通过利用功率分配网络对天线阵列的各线阵的幅度和相位进行控制，使面阵天线的水平面波束指向车身的侧前方或侧后方，提升天线在车身的侧前方或侧后方上的增益。然而，现有的车载毫米波雷达天线的结构较为复杂且其采用的功分器的微带馈线较长，天线工作时会产生寄生辐射，从而引起毫米波雷达俯仰面副瓣电平过高、毫米波雷达抗干扰能力下降及目标识别不清等问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：针对现有的车载毫米波雷达天线工作时会产生寄生辐射的技术问题，提供一种功分器结构、波束赋形天线以及毫米波雷达。

为解决上述技术问题，一方面，本实用新型实施例提供了一种功分器结构，包括阻抗变换线、第一阻抗变换段和第二阻抗变换段，所述阻抗变换线具有输入端、第一输出端、第二输出端以及位于所述输入端、所述第一输出端及所述第二输出端之间的调节交点，所述第一阻抗变换段与所述第一输出端相接；

所述第二阻抗变换段包括第一微带线，所述第一微带线与所述第二输出端相接，所述第一微带线呈弯曲状；

沿所述阻抗变换线的延伸方向，所述第一微带线最靠近所述输入端的边缘位于所述调节交点靠近所述输入端的一侧。

根据本实用新型实施例的功分器结构，通过使第二阻抗变换段的第一微带线呈弯曲状设置，并使所述第一微带线最靠近所述输入端的边缘位于所述调节交点靠近所述输入端的一侧，以缩短微带馈线长度，同时缩短所述功分器结构的整体面积，从而降低由于馈线过长而带来的寄生辐射，降低俯仰面副瓣电平，提高对应毫米波雷达的抗干扰能力。

可选地，所述第二阻抗变换段还包括第二微带线，所述第二微带线连接在所述第二输出端与所述第一微带线之间；

所述第二微带线向靠近所述输入端的方向延伸。

可选地，所述第一微带线的长度为毫米波雷达工作频段在真空中的四分之三波长。

可选地，所述功分器结构还包括若干第三阻抗变换段，所述阻抗变换线还具有若干第三输出端，若干所述第三输出端与若干所述第三阻抗变换段一一对应连接。

另一方面，本实用新型实施例提供了一种波束赋形天线，其包括第一阵列天线、第二阵列天线以及上述的功分器结构，所述第一阻抗变换段连接在所述第一输出端与所述第一阵列天线之间，所述第一微带线连接在所述第二输出端与所述第二阵列天线之间。

可选地，所述第一阵列天线包括依次连接的多个第一辐射单元，多个所述第一辐射单元的宽度从中间往两边逐渐减小，各所述第一辐射单元的长度为毫米波雷达工作频段在真空中的二分之一波长；

所述第二阵列天线包括依次连接的多个第二辐射单元，多个所述第二辐射单元的宽度从中间往两边逐渐减小，各所述第二辐射单元的长度为毫米波雷达工作频段在真空中的二分之一波长。

可选地，相连两个所述第一辐射单元之间通过一第八微带线连接，所述第八微带线的长度与各所述第一辐射单元的长度一致；

相邻两个所述第二辐射单元之间通过一第九微带线连接，所述第九微带线的长度与各所述第二辐射单元的长度一致。

可选地，所述功分器结构还包括若干第三阻抗变换段，所述阻抗变换线还具有若干第三输出端，若干所述第三输出端与若干所述第三阻抗变换段一一对应连接；

所述波束赋形天线还包括若干第三阵列天线，若干所述第三阻抗变换段与若干所述第三阵列天线一一对应连接。

再一方面，本实用新型实施例提供了一种毫米波雷达，其包括上述的功分器结构，或包括上述的波束赋形天线。

又一方面，本实用新型实施例提供了一种毫米波雷达，其包括毫米波雷达芯片以及多个上述的波束赋形天线，所述毫米波雷达芯片与各所述波束赋形天线之间分别通过一共面波导传输线连接；

多个所述波束赋形天线中，部分所述波束赋形天线为发射天线，其余所述波束赋形天线为接收天线；各所述发射天线位于同一高度，各所述接收天线位于同一高度；

位于同一高度的所述波束赋形天线之间的间距为毫米波雷达工作频段在真空中的二分之一波长的整数倍。

附图说明

图1是本实用新型实施例一提供的波束赋形天线的示意图；

图2是图1中功分器结构处的示意图；

图3是本实用新型实施例二提供的波束赋形天线的示意图；

图4是本实用新型实施例三提供的波束赋形天线的示意图；

图5是本实用新型实施例四提供的毫米波雷达的示意图；

图6是图5中A处的放大示意图。

说明书中的附图标记如下：

10、功分器结构；

1、阻抗变换线；11、调节交点；

2、第一阻抗变换段；21、第五微带线；22、第六微带线；23、第七微带线；

3、第二阻抗变换段；31、第一微带线；32、第二微带线；33、第三微带线；34、第四微带线；

20、第一阵列天线；201、第一辐射单元；202、第八微带线；

30、第二阵列天线；301、第二辐射单元；302、第九微带线；

40、毫米波雷达芯片；

50、共面波导传输线；501、导通孔；

T1、第一发射天线；T2、第二发射天线；T3、第三发射天线；

R1、第一接收天线；R2、第二接收天线；R3、第三接收天线；R4、第四接收天线。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例一

如图1及图2所示，本实用新型实施例一提供的波束赋形天线，包括第一阵列天线20、第二阵列天线30以及功分器结构10，所述功分器结构10包括阻抗变换线1、第一阻抗变换段2和第二阻抗变换段3，所述阻抗变换线1具有输入端、第一输出端、第二输出端以及位于所述输入端、所述第一输出端及所述第二输出端之间的交点11，所述第一阻抗变换段2连接在所述第一输出端与所述第一阵列天线20之间。

所述第二阻抗变换段3包括用于相位分配的第一微带线31，所述第一微带线31连接在所述第二输出端与所述第二阵列天线30之间，所述第一微带线31呈弯曲状。所述第一微带线31优选为50Ω微带线。

沿所述阻抗变换线1的延伸方向，所述第一微带线31最靠近所述输入端的边缘位于所述交点11靠近所述输入端的一侧。

本实用新型实施例提供的波束赋形天线，其功分器结构10通过使第二阻抗变换段3的第一微带线31呈弯曲状设置，并使所述第一微带线31最靠近所述输入端的边缘位于所述交点11靠近所述输入端的一侧，以缩短微带馈线长度，同时缩短所述功分器结构10的整体面积，从而降低由于馈线过长而带来的寄生辐射，降低俯仰面副瓣电平，提高对应毫米波雷达的抗干扰能力。

在实施例一中，如图2所示，所述第一微带线31呈圆弧状，以缩短微带馈线长度。

所述阻抗变换线1用于调节位于所述输入端、所述第一输出端及所述第二输出端之间交点11处的阻抗，通过调整所述阻抗变换线1的阻抗而调节交点11的阻抗，避免后段进行功率分配时阻抗过高造成线宽过细而不易加工等问题。

具体地，调节原理如下：设Z1为阻抗变换线1的阻抗，Z11为交点11的阻抗，P01为阻抗变换线1第一输出端的输出功率，Z01为阻抗变换线1第一输出端的分配阻抗，P02为第二输出端的输出功率，Z02为第二输出端的分配阻抗。由波束赋形方向图确定两输出端的功率分配比(如下式2)及相位差，从而确定Z01和Z02功率分配阻抗(如下式3及式4)，此时参考Z01和Z02阻抗对应的线宽可加工性进行调节Z0阻抗也即Z11，确定Z11阻抗参考式1确定Z1阻抗值，此为由先定义功能反向调节Z1阻抗，也可从正向进行调节，正向调节需先以Z01和Z02阻抗对应线宽的可加工性定义Z11阻抗，由此定Z1阻抗。

P1:P2＝k1:k2 式2

在实施例一中，如图1及图2所示，所述第一阻抗变换段2包括用于功率分配的第五微带线21，所述第五微带线21连接在所述第一输出端与所述第一阵列天线20之间，实现所述第一阵列天线20与所述第一输出端的连接。

所述第二阻抗变换段3还包括用于功率分配的第二微带线32，所述第二微带线32连接在所述第二输出端与所述第一微带线31之间，实现所述第一微带线31与所述第二输出端之间的连接。

所述第二微带线32向靠近所述输入端的方向延伸，以进一步缩短所述功分器结构10的整体面积。

所述第五微带线21与所述第二微带线32分别相当于对应阻抗变换段的一级阻抗转换线，通过调节所述第五微带线21与所述第二微带线32的阻抗比，实现不同功率分配比。

在实施例一中，如图1及图2所示，所述第一阻抗变换段2还包括用于功率分配的第六微带线22，所述第六微带线22连接在所述第五微带线21与所述第一阵列天线20之间，实现所述第一阵列天线20与所述第五微带线21的连接。

所述第二阻抗变换段3还包括用于功率分配的第三微带线33，所述第三微带线33连接在所述第一微带线31与所述第二阵列天线30之间，实现所述第二阵列天线30与所述第一微带线31的连接。

所述第六微带线22与所述第三微带线33分别相当于对应阻抗变换段的二级阻抗转换线，通过调节所述第六微带线22与所述第三微带线33的阻抗比，实现不同功率分配比。

在实施例一中，如图1及图2所示，所述第二阻抗变换段3还包括第四微带线34，所述第四微带线34连接在所述第一微带线31与所述第三微带线33之间，实现所述第一微带线31与所述第三微带线33之间的数据传输。所述第四微带线34优选为50Ω微带线。

当设置有所述第四微带线34时，所述第二微带线32不仅作为功率分配比调节线，也作为与后端50Ω微带线(所述第一微带线34和所述第四微带线34)的阻抗转换线，由此可通过所述第二微带线32实现功率分配和阻抗转换功能，缩短微带馈线长度，减少微带线辐射。

所述第一阻抗变换段2包括第七微带线23，所述第七微带线23连接在所述第五微带线21与所述第六微带线22之间，实现所述第五微带线21与所述第六微带线22之间的数据传输。所述第七微带线23优选为50Ω微带线。

当设置有所述第七微带线23时，所述第五微带线21不仅作为功率分配比调节线，也作为与后端50Ω微带线(所述第七微带线23)的阻抗转换线，由此可通过所述第五微带线21实现功率分配和阻抗转换功能，缩短微带馈线长度，减少微带线辐射。

在实施例一中，如图1及图2所示，所述第一微带线31的长度为毫米波雷达工作频段在真空中的四分之三波长，以在缩短微带馈线长度的同时，保证功分器结构10的功能使用。

所述第一输出端与所述第二输出端之间的相位差为210deg，以适配各自连接的阵列天线。

在实施例一中，如图1所示，所述第一阵列天线20包括依次连接的多个第一辐射单元201，多个所述第一辐射单元201的宽度从中间往两边逐渐减小，各所述第一辐射单元201的长度为毫米波雷达工作频段在真空中的二分之一波长。

所述第二阵列天线30包括依次连接的多个第二辐射单元301，多个所述第二辐射单元301的宽度从中间往两边逐渐减小，各所述第二辐射单元301的长度为毫米波雷达工作频段在真空中的二分之一波长。

通过使各阵列天线(所述第一阵列天线20及所述第二阵列天线30)的辐射单元的宽度从中间往两边逐渐递减，并使各所述阵列天线的辐射单元的长度为毫米波雷达工作频段在真空中的二分之一波长，以使各个贴片电流幅度分配符合切比雪夫分布及泰勒分布等。

在实施例一中，如图1所示，各阵列天线均由8个辐射单元组成。在图未示出的其他实施例中，各阵列天线的辐射单元也可为6-10个，8个最佳，6个辐射单元的天线阵列增益较小，结合传输线损耗及辐射损耗等较难实现120m的探测距离，10个辐射单元的天线阵列可能造成整体线阵尺寸过长，可能受PCB布板空间限制。

在实施例一中，如图1所示，各辐射单元均为矩形，各阵列天线均采用微带贴片天线阵列，故，每两个辐射单元均由微带线连接。具体地，相邻两个所述第一辐射单元201之间通过一第八微带线202连接，相邻两个所述第二辐射单元301之间通过一第九微带线302连接，所述第八微带线202的长度及所述第九微带线302的长度均与各所述第一辐射单元201的长度一致，为毫米波雷达工作频段在真空中的二分之一波长，所述第八微带线202的宽度及所述第九微带线302的宽度为0.1mm。

在图未示出的其他实施例中，各辐射单元也可是圆形、椭圆形、三角形或梯形等，各阵列天线也可以使微带梳形天线阵或45°微带梳形天线阵等。

在图未示出的其他实施例中，所述功分器结构10还可包括若干第三阻抗变换段，所述阻抗变换线1还具有若干第三输出端，若干所述第三输出端与若干所述第三阻抗变换段一一对应连接。

所述波束赋形天线还包括若干第三阵列天线，若干所述第三阻抗变换段与若干所述第三阵列天线一一对应连接。

通过对第三阻抗变换段与第三输出端的个数的设置，对应设置第三阵列天线的数量，使所述功分器结构成为一分三功分器或一分四功分器等，通过调节各输出端不同的幅度和相位，从而实现天线方向图波束赋形效果。

在本实施例一中，所述第二微带线32与所述第五微带线21作为一级阻抗转换线，所述第三微带线33与所述第六微带线22作为二级阻抗转换线，所述第四微带线34与所述第七微带线23为50Ω微带线，所述第一阵列天线20与所述第二阵列天线30采用微带天线线阵。故实施例一中，波束赋形天线的传输为阻抗变换线1、一级阻抗转换线、50Ω传输线、二级阻抗转换线及微带天线线阵的组合，减少了阻抗转换级数及微带馈线长度，从而降低由于馈线过长而带来的寄生辐射。

实施例二

如图3所示，本实用新型实施例二提供的波束赋形天线，其与实施例一提供的波束赋形天线的区别在于：在实施例二中，减少了所述第四微带线34及所述第七微带线23的设置，即减少了50Ω传输线的使用。

故实施例二中，波束赋形天线的传输为阻抗变换线1、一级阻抗转换线、二级阻抗转换线及微带天线线阵的组合，由于减少了50Ω传输线的使用，可进一步缩短馈线长度，降低由于馈线过长而带来的寄生辐射。

实施例三

如图4所示，本实用新型实施例三提供的波束赋形天线，其与实施例二提供的波束赋形天线的区别在于：在实施例三中，减少了所述第六微带线22的使用，即减少了第一阻抗变换段2中二级阻抗转换线的使用。

故实施例三中，波束赋形天线中对应第一阻抗变换段2的传输为阻抗变换线1、一级阻抗转换线及微带天线线阵的组合，由于进一步减少了二级阻抗转换线的使用，可进一步缩短馈线长度，显著减少由于馈线过长而带来的寄生辐射，同时，对提升雷达环境识别能力效果更好。

实施例四

如图5及图6所示，本实用新型实施例四提供的毫米波雷达，其包括毫米波雷达芯片40以及上述实施例一提供的波束赋形天线，所述毫米波雷达芯片40与各所述波束赋形天线之间分别通过一共面波导传输线50连接。

多个所述波束赋形天线中，部分所述波束赋形天线为发射天线，其余所述波束赋形天线为接收天线。所述发射天线位于同一高度，各所述接收天线位于同一高度。

位于同一高度的所述波束赋形天线之间的间距为毫米波雷达工作频段在真空中的二分之一波长的整数倍。

该毫米波雷达并对发射天线和接收天线进行合理的布局，从而满足特定方向高增益及宽波束的需求，提高车载毫米波雷达天线的角度分辨率，有效解决了车载毫米波雷达天线水平视场角和角度分辨率无法兼顾的问题。

在图未示出的其他实施例中，所述毫米波雷达采用的波束赋形天线也可为上述实施例二或实施例三提供的波束赋形天线。

在实施例四中，如图5所示，所述波束赋形天线设置有七个，其中三个所述波束赋形天线为所述发射天线，其余四个所述波束赋形天线为接收天线。

三个所述发射天线分别为第一发射天线T1、第二发射天线T2以及第三发射天线T3，所述第一发射天线T1与所述第二发射天线T2之间的间距为毫米波雷达工作频段在真空中的二分之一波长的4倍，所述第二发射天线T2与所述第三发射天线T3之间的间距为毫米波雷达工作频段在真空中的二分之一波长的11倍。

四个所述接收天线分别为第一接收天线R1、第二接收天线R2、第三接收天线R3以及第四接收天线R4，所述第一接收天线R1与所述第二接收天线R2之间的间距为毫米波雷达工作频段在真空中的二分之一波长的2倍，所述第二接收天线R2与所述第三接收天线R3之间的间距为毫米波雷达工作频段在真空中的二分之一波长的3倍，所述第三接收天线R3与所述第四接收天线R4之间的间距为毫米波雷达工作频段在真空中的二分之一波长的18倍。

该毫米波雷达天线可实现探测距离120m、探测范围150°的技术要求。结合3发(发射天线)4收(接收天线)的天线布局，形成多发多收的天线阵列，并将发射天线和接收天线进行合理的布局，从而提高车载毫米波雷达天线的角度分辨率，有效解决了车载毫米波雷达天线水平视场角和角度分辨率无法兼顾的问题。同时，该毫米波雷达天线可使得阵列天线方向在theta(-50°，0°)范围内辐射强度较强，最大增益14.6dB，theta(0°，50°)辐射强度相对较弱,最大增益12.6dB，并且较低的副瓣电平(-20dB)提升雷达环境识别能力，实现特定方向高增益，雷达更远的探测距离，同时实现宽波束的技术要求。

在实施例四中，所述毫米波雷达还包括第一金属层、第二金属层以及设于所述第一金属层与所述第二金属层之间的介质基板层，所述毫米波雷达芯片40与所述波束赋形天线设置在所述第一金属层上，所述第二金属层为接地层，形成整个毫米波雷达。

在实施例四中，如图5及图6所示，所述共面波导传输线50的线宽为0.258mm，线距为0.12mm，所述共面波导传输线50的两侧有贯穿第一金属层与第二金属层的导通孔501作信号屏蔽，所述导通孔501的直径为0.15mm。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种功分器结构，其特征在于，包括阻抗变换线、第一阻抗变换段和第二阻抗变换段，所述阻抗变换线具有输入端、第一输出端、第二输出端以及位于所述输入端、所述第一输出端及所述第二输出端之间的调节交点，所述第一阻抗变换段与所述第一输出端相接；

所述第二阻抗变换段包括第一微带线，所述第一微带线与所述第二输出端相接，所述第一微带线呈弯曲状；

沿所述阻抗变换线的延伸方向，所述第一微带线最靠近所述输入端的边缘位于所述调节交点靠近所述输入端的一侧。

2.根据权利要求1所述的功分器结构，其特征在于，所述第二阻抗变换段还包括第二微带线，所述第二微带线连接在所述第二输出端与所述第一微带线之间；

所述第二微带线向靠近所述输入端的方向延伸。

3.根据权利要求1所述的功分器结构，其特征在于，所述第一微带线的长度为毫米波雷达工作频段在真空中的四分之三波长。

4.根据权利要求1所述的功分器结构，其特征在于，所述功分器结构还包括若干第三阻抗变换段，所述阻抗变换线还具有若干第三输出端，若干所述第三输出端与若干所述第三阻抗变换段一一对应连接。

5.一种波束赋形天线，其特征在于，包括第一阵列天线、第二阵列天线以及权利要求1-4任意一项所述的功分器结构，所述第一阻抗变换段连接在所述第一输出端与所述第一阵列天线之间，所述第一微带线连接在所述第二输出端与所述第二阵列天线之间。

6.根据权利要求5所述的波束赋形天线，其特征在于，所述第一阵列天线包括依次连接的多个第一辐射单元，多个所述第一辐射单元的宽度从中间往两边逐渐减小，各所述第一辐射单元的长度为毫米波雷达工作频段在真空中的二分之一波长；

所述第二阵列天线包括依次连接的多个第二辐射单元，多个所述第二辐射单元的宽度从中间往两边逐渐减小，各所述第二辐射单元的长度为毫米波雷达工作频段在真空中的二分之一波长。

7.根据权利要求6所述的波束赋形天线，其特征在于，相连两个所述第一辐射单元之间通过一第八微带线连接，所述第八微带线的长度与各所述第一辐射单元的长度一致；

相邻两个所述第二辐射单元之间通过一第九微带线连接，所述第九微带线的长度与各所述第二辐射单元的长度一致。

8.根据权利要求5所述的波束赋形天线，其特征在于，所述功分器结构还包括若干第三阻抗变换段，所述阻抗变换线还具有若干第三输出端，若干所述第三输出端与若干所述第三阻抗变换段一一对应连接；

所述波束赋形天线还包括若干第三阵列天线，若干所述第三阻抗变换段与若干所述第三阵列天线一一对应连接。

9.一种毫米波雷达，其特征在于，包括权利要求1-4任意一项所述的功分器结构，或包括权利要求5-8任意一项所述的波束赋形天线。

10.一种毫米波雷达，其特征在于，包括毫米波雷达芯片以及多个权利要求5-8任意一项所述的波束赋形天线，所述毫米波雷达芯片与各所述波束赋形天线之间分别通过一共面波导传输线连接；

多个所述波束赋形天线中，部分所述波束赋形天线为发射天线，其余所述波束赋形天线为接收天线；各所述发射天线位于同一高度，各所述接收天线位于同一高度；

位于同一高度的所述波束赋形天线之间的间距为毫米波雷达工作频段在真空中的二分之一波长的整数倍。