CN220873842U - 一种天线装置及雷达设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种天线装置及雷达设备，包括介质主体及天线阵列，所述天线装置还具有相互垂直的第一方向以及第二方向，所述第一方向及所述第二方向还均平行于所述天线阵列所处的所述介质主体的表面，所述天线阵列包括馈电部、阵列部及匹配网络结构，所述馈电部、所述匹配网络结构及所述阵列部沿所述第一方向依次分布且依次电连接；所述匹配网络结构具有至少两个第一贴片以及至少一条第一馈线，相邻所述第一贴片之间通过所述第一馈线连接；所述第一贴片在所述第一方向上的长度L小于其在所述第二方向上的长度W。通过上述第一贴片形成的匹配网络结构能够使得天线带宽增大，提高雷达的距离分辨率以及更灵活的配置波形，提升了雷达的性能。

Description

一种天线装置及雷达设备

技术领域

本申请涉及天线技术领域，尤其涉及一种天线装置及雷达设备。

背景技术

贴片天线因为其体积小、重量轻、低剖面、制造简单、成本低、易于集成以及易于实现双频、多频段操作等优点，所以现在市场上主流的毫米波雷达产品多采用微带贴片天线印刷在高频PCB板材上构成阵列天线来实现天线需求。

然而，微带天线属于谐振天线，其品质因数Q值较高，因而导致了微带贴片天线的的带宽比较窄，但是在实际雷达产品的应用当中很多场景都需要大的带宽；因此，需要对现有技术进行改进。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种天线装置及雷达设备。

根据本申请的一方面，本申请提供一种天线装置，包括介质主体及设置在所述介质主体上的天线阵列，所述天线装置还具有相互垂直的第一方向以及第二方向，所述第一方向以及所述第二方向还均平行于所述天线阵列所处的所述介质主体的表面，所述天线阵列包括馈电部、阵列部以及匹配网络结构，所述馈电部、所述匹配网络结构以及所述阵列部沿所述第一方向依次分布且依次电连接；其中，所述匹配网络结构具有至少两个第一贴片以及至少一条第一馈线，相邻所述第一贴片之间通过所述第一馈线连接；所述第一贴片在所述第一方向上的长度L小于其在所述第二方向上的长度W。

进一步地，所述长度W小于电磁波在所述介质主体中传播波长的四分之一。

在本申请的一实施例中，所述介质主体包括介质基层以及接地层，所述天线阵列与所述接地层分别位于所述介质基层相背的两个表面。

在本申请的一实施例中，所述介质基层包括连接子层以及绝缘子层，所述连接子层与所述绝缘子层依次层叠于所述天线阵列与所述接地层之间，且所述连接子层与所述天线阵列之间以及所述连接子层与所述接地层之间均具有所述绝缘子层，所述天线阵列通过所述连接子层与所述接地层电连接。

进一步地，所述连接子层的厚度、所述接地层的厚度以及所述天线阵列的厚度均为0.018㎜-0.035㎜。

在本申请的一实施例中，所述馈电部具有第二馈线及第三馈线，所述第二馈线一端与外部端口连接，另一端通过所述第三馈线与所述匹配网络结构连接，所述第三馈线在所述第二方向上的长度小于所述第二馈线在所述第二方向上的长度。

进一步地，所述第二馈线为50欧姆阻抗微带线。

在本申请的一实施例中，所述阵列部具有第四馈线以及至少三个第二贴片，所述第二贴片与所述第四馈线连接。

在本申请的一实施例中，相邻所述第二贴片之间通过所述第四馈线连接，且邻近所述匹配网络结构的所述第二贴片通过所述第四馈线与所述匹配网络结构连接；其中，各所述第四馈线的长度不等。

在本申请的一实施例中，所述第二贴片呈矩形，且所述第二贴片在所述第一方向上的长度小于电磁波在所述介质主体中传播波长的二分之一。

在本申请的一实施例中，在所述第一方向上，各所述第二贴片在所述第二方向上的长度从所述阵列部中部向所述阵列部两侧逐一递减。

相应地，本申请还提供一种雷达设备，包括前述中任意一项所述的天线装置。

本申请的有益效果是：区别于现有技术，本申请提供一种天线装置及雷达设备。该天线装置通过第一馈线连接第一贴片形成匹配网络结构。并且，该第一贴片在第一方向上的长度L小于其在第二方向上的长度W。

换言之，通过上述第一贴片形成的匹配网络结构能够使得天线带宽增大，提高雷达的距离分辨率以及更灵活的配置波形，提升了雷达的性能。

附图说明

下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。

图1是本申请实施例提供的一种天线装置的结构示意图。

图2是本申请匹配网络结构一实施例的结构示意图。

图3是本申请实施例提供的一种天线装置另一视角结构示意图。

图4是图3中A处一实施例的放大图。

图5是图3中A处另一实施例的放大图。

图6是本申请一实施例天线装置仿真的反射系数S11曲线。

图7是本申请一实施例天线装置在75.5GHz时的仿真方向图。

图8是本申请一实施例天线装置在76.5GHz时的仿真方向图。

图9是本申请一实施例天线装置在78.5GHz时的仿真方向图。

图10是本申请一实施例天线装置的增益曲线。

图中：

1、介质主体；11、介质基层；12、接地层；111、连接子层；112、绝缘子层；2、天线阵列；21、馈电部；211、第二馈线；212、第三馈线；22、阵列部；221、第二贴片；222、第四馈线；23、匹配网络结构；231、第一贴片；232、第一馈线。

具体实施方式

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，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请提供一种天线装置及雷达设备，以下分别进行详细说明。需要说明的是，以下实施例的描述顺序不作为对本申请实施例优选顺序的限定。并且在以下实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

现有技术中，微带天线属于谐振天线，其品质因数Q值较高，因而导致了微带贴片天线的的带宽比较窄，导致很多场景中的天线装置不能达到超宽带的性能要求，不能满足实际使用。

有鉴于此，本申请实施例提供一种天线装置及雷达设备，能够解决现有技术中存在的不能保证超宽带使用性能的技术问题，以下进行详细说明。

参见图1和图2，图1是本申请天线装置一实施例的结构示意图，图2是本申请匹配网络结构23一实施例的结构示意图。

在本实施例中，天线装置具有第一方向(如图1中箭头X所述，下同)和第二方向(如图1中箭头Y所述，下同)，天线装置包括介质主体1及天线阵列2，该介质主体1用于上述天线阵列2的布置，该天线阵列2包括馈电部21、阵列部22以及匹配网络结构23，上述馈电部21、匹配网络结构23以及阵列部22沿上述第一方向依次分布且依次电连接；上述匹配网络结构23具有两个第一贴片231以及第一馈线232，该第一馈线232连接在上述两个第一贴片231的中间，在本实施例中，上述第一贴片231设置有两个，在别的实施例中可以是两个以上的数量设置，相应地，上述第一馈线232的数量也增加，具体设置这里不再赘述；同时，上述第一贴片231在上述第一方向上的长度L小于其在第二方向上的长度W；通过上述尺寸的设置，上述第一贴片231呈窄贴片设置，通过调节两个第一贴片231的长度L和长度W以及调节第一馈线232的尺寸来实现对匹配网络的设计，进而提升天线装置的带宽。

进一步地，上述长度W小于电磁波在上述介质主体1中传播波长的四分之一，该设置能够避免上述第一贴片231在第二方向上过宽，因为过宽的第一贴片231会对天线的辐射产生影响，引入交叉极化；其中，波长设为λ(下同)，λ＝λ₀/ε_r，λ₀是电磁波自由空间中传播的波长，ε_r是高频板材的相对介电常数。

参见图3和图4，图3是本申请实施例提供的一种天线装置另一视角结构示意图，图4是图3中A处的放大图。

在本实施例中，上述介质主体1包括介质基层11以及接地层12，上述天线阵列2与上述接地层12分别位于上述介质基层11相背的两个表面，且上述天线阵列2通过金属化孔与上述接地层12连接，实现接地，结构简单紧凑。

参见图5，图5图3中A处另一实施例的放大图。

本实施例中，上述介质基层11包括连接子层111以及绝缘子层112，上述连接子层111与上述绝缘子层112依次层叠于上述天线阵列2与上述接地层12之间，且上述连接子层111与上述天线阵列2之间以及上述连接子层111与上述接地层12之间均具有绝缘子层112，上述天线阵列2通过金属化孔与上述连接子层111和接地层12电连接，实现接地；在别的实施例中可以是别的层数的设置，这里不在赘述。

在一些实施例中，上述连接子层111为金属铜层，上述绝缘子层112为高频板材，高频板材能够影响天线的谐振频率以及带宽；再有，上述连接子层111的厚度、接地层12的厚度以及天线阵列2的厚度通常为0.018㎜-0.035㎜，在本实施例中，上述连接子层111和接地层12的厚度为0.018㎜，天线阵列2的厚度为0.035㎜，本实施例中的厚度为第三方向(如图4中箭头Z所示,垂直于介质主体1)上的长度。在别的实施例中也可以是别的数值的设定，不仅限于此，这里不再赘述。

请继续参见图1。

本实施例中，上述馈电部21具有第二馈线211及第三馈线212，上述第二馈线211一端与外部端口连接，另一端通过上述第三馈线212与上述匹配网络结构23连接，上述第三馈线212在上述第二方向上的长度小于上述第二馈线211在上述第二方向上的长度；本实施例中，上述第二馈线211为50欧姆阻抗微带线，此设置使得最大功率传输和最小损耗尽可能同时满足，上述第三馈线212自身也会存在辐射，影响天线性能，因此第三馈线212在第二方向上的长度设置的数值小，保证了天线的性能。

进一步地，上述阵列部22具有第四馈线222及第二贴片221，上述第二贴片221与上述第四馈线222连接，相邻上述第二贴片221之间通过上述第四馈线222连接，且邻近上述匹配网络结构23的第二贴片221通过第四馈线222与上述匹配网络结构23连接；上述第二贴片221至少设有三个，在本实施中设有八个，这里不再赘述。同时，上述第二贴片221之间的第四馈线222长度不等，但是长度都接近电磁波在介质主体1中传播波长的二分之一，此处的长度为第一方向上的长度，根据实际情况进行微调。

进一步地，在本实施例中，上述第二贴片221呈矩形，且第二贴片221在上述第一方向上的长度小于电磁波在介质主体1中传播波长的二分之一，且在上述第一方向上，各个上述第二贴片221在上述第二方向上的长度从上述阵列部22中部向阵列部22两侧逐一递减，能够调节副瓣电平，可设计宽带高增益的天线装置。

本实施例中，天线装置的工作频带在75.4GHz-78.4GHz，图6为天线装置仿真的反射系数S11曲线；本实施例的天线装置在75.5GHz时的仿真方向图如图7所述，其中最大增益为14.6dBi，方位面3dB波束宽度为60.62°，俯仰面最大波束指向为0°，俯仰面3dB波束宽度为14.93°，副瓣电平22.7dB；天线装置在76.5GHz时的仿真方向图如图8所述，其中最大增益为14.8dBi，方位面3dB波束宽度为60.74°，俯仰面最大波束指向为0°，俯仰面3dB波束宽度为15.56°，副瓣电平21.7dB；天线装置在78.5GHz时的仿真方向图如图9所述，其中最大增益为13.8dBi，方位面3dB波束宽度为63.31°，俯仰面波束指向为3°，俯仰面3dB波束宽度为15.91°,瓣电平20.8dB；同时，图10为本实施例天线装置的增益曲线，展示了各个频率下仿真方向图的最大增益值，在带宽频率范围内，最大增益无较大波动在1dBi以内。综上，本实施例中的天线装置带宽得以提升。

另一方面，本申请提供了一种雷达设备，包括上述任一天线装置，通过上述天线装置带宽的提升，使雷达设备满足不同环境与场景测速和测角要求，提升了雷达性能。

采用本申请实施例提供的技术方案，旨在通过第一馈线232连接第一贴片231形成匹配网络结构23。并且，该第一贴片231在第一方向上的长度L小于其在第二方向上的长度W。通过上述第一贴片231形成的匹配网络结构23能够使得天线带宽增大，提高雷达的距离分辨率以及更灵活的配置波形，提升了雷达的性能。

在本申请的各个实施例中，如果没有特殊说明以及逻辑冲突，不同的实施例之间的术语或描述具有一致性、且可以相互引用，不同的实施例中的技术特征根据其内在的逻辑关系可以组合形成新的实施例。本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。

可以理解的是，在本申请的实施例中涉及的各种数字编号仅为描述方便进行的区分，并不用来限制本申请的实施例的范围。上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定。

以上对本申请实施例所提供的一种天线装置及雷达设备进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的天线装置及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (12)

1.一种天线装置，包括介质主体(1)及设置在所述介质主体(1)上的天线阵列(2)，所述天线装置还具有相互垂直的第一方向以及第二方向，所述第一方向以及所述第二方向还均平行于所述天线阵列(2)所处的所述介质主体(1)的表面，其特征在于，

所述天线阵列(2)包括馈电部(21)、阵列部(22)以及匹配网络结构(23)，所述馈电部(21)、所述匹配网络结构(23)以及所述阵列部(22)沿所述第一方向依次分布且依次电连接；

其中，所述匹配网络结构(23)具有至少两个第一贴片(231)以及至少一条第一馈线(232)，相邻所述第一贴片(231)之间通过所述第一馈线(232)连接；

所述第一贴片(231)在所述第一方向上的长度L小于其在所述第二方向上的长度W。

2.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，

所述长度W小于电磁波在所述介质主体(1)中传播波长的四分之一。

3.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，

所述介质主体(1)包括介质基层(11)以及接地层(12)，所述天线阵列(2)与所述接地层(12)分别位于所述介质基层(11)相背的两个表面。

4.如权利要求3所述的天线装置，其特征在于，

所述介质基层(11)包括连接子层(111)以及绝缘子层(112)，所述连接子层(111)与所述绝缘子层(112)依次层叠于所述天线阵列(2)与所述接地层(12)之间，且所述连接子层与所述天线阵列(2)之间以及所述连接子层与所述接地层(12)之间均具有所述绝缘子层(112)，所述天线阵列(2)通过所述连接子层(111)与所述接地层(12)电连接。

5.如权利要求4所述的天线装置，其特征在于，

所述连接子层(111)的厚度、所述接地层(12)的厚度以及所述天线阵列(2)的厚度均为0.018㎜-0.035㎜。

6.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，

所述馈电部(21)具有第二馈线(211)及第三馈线(212)，所述第二馈线(211)一端与外部端口连接，另一端通过所述第三馈线(212)与所述匹配网络结构(23)连接，所述第三馈线(212)在所述第二方向上的长度小于所述第二馈线在所述第二方向上的长度。

7.如权利要求6所述的天线装置，其特征在于，

所述第二馈线(211)为50欧姆阻抗微带线。

8.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，

所述阵列部(22)具有第四馈线(222)以及至少三个第二贴片(221)，所述第二贴片(221)与所述第四馈线(222)连接。

9.如权利要求8所述的天线装置，其特征在于，

相邻所述第二贴片(221)之间通过所述第四馈线(222)连接，且邻近所述匹配网络结构(23)的所述第二贴片(221)通过所述第四馈线(222)与所述匹配网络结构(23)连接；

其中，各所述第四馈线(222)的长度不等。

10.如权利要求8所述的天线装置，其特征在于，

所述第二贴片(221)呈矩形，且所述第二贴片(221)在所述第一方向上的长度小于电磁波在所述介质主体(1)中传播波长的二分之一。

11.如权利要求10所述的天线装置，其特征在于，

在所述第一方向上，各所述第二贴片(221)在所述第二方向上的长度从所述阵列部(22)中部向所述阵列部(22)两侧逐一递减。

12.一种雷达设备，其特征在于，包括如权利要求1至11中任意一项所述的天线装置。