TWI806403B - 毫米波雷達感測器 - Google Patents

Abstract

一種毫米波雷達感測器包含一相控晶片及一電路板。該相控晶片至少包括共同傳輸一對差模訊號的一第一傳輸腳及一第二傳輸腳，且該對差模訊號包括大小相等且相位相差180度的一第一訊號及一第二訊號。該電路板包括平行重疊的一天線層及一接地金屬層。該天線層包括沿著+X方向線延伸排列的一第一天線串及一第二天線串，該第一天線串及該第二天線串互相鏡像對稱於+Y方向線，+Y方向線垂直+X方向線，該接地金屬層介於該天線層及該相控晶片之間，並且，該第一天線串鄰近該相控晶片的一末端具有一第一訊號饋入點，該第二天線串鄰近該相控晶片的一末端具有一第二訊號饋入點，該第一訊號饋入點電連接該第一傳輸腳，該第二訊號饋入點電連接該第二傳輸腳，且該第一天線串及該第二天線串恆同時工作並具有同向的表面電流。

Description

毫米波雷達感測器

本發明是關於一種感測器，特別是毫米波雷達感測器。

圖1是市售的車用毫米波雷達感測模組，包含一載板11及一晶片12。該載板11包括一上表面111、複數條串接天線112及複數條傳輸線113。該晶片12表面黏著於該載板11的上表面111，該晶片12包括一直線邊緣121，該等串接天線13及該等傳輸線14形成於該載板11的上表面111且均位於該晶片12之直線邊緣121的同一側。每一串接天線112包括一訊號饋入端1121及一開路端1122，該等傳輸線113分別電連接於該等串接天線112的訊號饋入端1121及該晶片12之間，此種先前技術的缺點在於：(1)、該等串接天線112與該晶片12共同位於該載板11的上表面111，而為了避免該晶片12干擾鄰近的該等串接天線112，因此必須將該等串接天線112與該晶片12保持一定的距離，因此才需要如此長的該等傳輸線113並造成較大的路徑損失；及(2)、該種車用毫米波雷達感測器的主輻射波束通常會發生如圖2、3指向不平行Z軸的問題，而這是我們希望避免的。

圖4及圖5是另一種雷達天線系統，包含有複數個傳送子陣列Tx_1~Tx_3、複數個接收子陣列Rx_1~Rx_3以及一收發控制單元C。該等傳送子陣列Tx_1~Tx_3與該等接收子陣列Rx_1~Rx_3分別位於該收發控制單元C的兩側，該等傳送子陣列Tx_1~Tx_3與該等接收子陣列Rx_1~Rx_3的輻射場型是互相獨立處理的，因此如圖4、5也同樣會主輻射波束指向不平行Z軸的問題，雖然在 特定頻率可以將接收子陣列Rx_1~Rx_3及傳送子陣列Tx_1~Tx_3的每一個設計成寬度為細-寬-細的漸進式變化結構，但是這樣的方法只在特定頻率範圍內有效，不同頻率天線的表面電流分布並非一致，因此無法達到全頻帶有效。

為了解決先前技術的問題，本發明提出了一種毫米波雷達感測器，包含一相控晶片及一電路板。

該相控晶片至少包括共同傳輸一對差模訊號的一第一傳輸腳及一第二傳輸腳，且該對差模訊號包括大小相等且相位相差180度的一第一訊號及一第二訊號。

該電路板包括平行重疊的一天線層及一接地金屬層，該天線層包括沿著+X方向線延伸排列的一第一天線串及一第二天線串，該第一天線串及該第二天線串彼此鏡像對稱於+Y方向線，+X方向線與+Y方向線互相垂直，該接地金屬層介於該天線層及該相控晶片之間，並且，該第一天線串鄰近該相控晶片的一末端具有一第一訊號饋入點，該第二天線串鄰近該相控晶片的一末端具有一第二訊號饋入點，該第一訊號饋入點電連接該第一傳輸腳，該第二訊號饋入點電連接該第二傳輸腳。

較佳的，該第一天線串及該第二天線串各自具有複數N個輻射金屬片，將該等輻射金屬片的編號從-X方向往+X方向依序排列標號為第1~2N號輻射金屬片，N為正整數，並且，該天線層還包括一條四分之一波長阻抗轉換的第一短路傳輸線，該第一短路傳輸線從該第1號輻射金屬片最遠離+X方向線的一邊緣朝-X方向延伸並末端下地電連接於該接地金屬層。

較佳的，該天線層還包括一條四分之一波長阻抗轉換的第二短路傳輸線，該第二短路傳輸線從該第2N號輻射金屬片最遠離-X方向線的一邊緣朝+X方向延伸並末端下地電連接於該接地金屬層。

較佳的，定義+X方向、+Y方向及+Z方向三者符合右手坐標系中互相垂直的三軸向的關係，該接地金屬層在+Z方向的投影完全覆蓋該第一天線串及該第二天線串在+Z方向的投影。

較佳的，該第一天線串及該第二天線串共平面，且該第一天線串與該接地金屬層之間的距離小於該差模訊號頻率所對應的0.1個波長。

較佳的，該第一天線串還包括N-1條第一連接線，該第二天線串也還包括N-1條第二連接線，該第1~N號輻射金屬片中間隔相鄰的任兩個被一條該第一連接線串接，該第N+1~2N號輻射金屬片中間隔相鄰的任兩個也被一條該第二連接線串接。

較佳的，該等第一連接線及該等第二連接線的形狀大小均相同。

較佳的，該第1~2N號輻射金屬片的形狀大小均相同。

較佳的，每一個該輻射金屬片平行+X方向線的長度是每一條第一連接線長度的兩倍。

較佳的，該第一天線串及該第二天線串同時工作，且兩者共同輻射電磁波或兩者共同接收電磁波。

本發明的效果在於：

(1)、該第一天線串及該第二天線串形狀大小相同並同時工作，且該對差模訊號的正、第二訊號大小相等且相位相差180度，又該第一天線串 及該第二天線串更沿著+X方向線延伸排列，因此將該第一天線串及該第二天線串的輻射場型合成後就能除去先前技術場型歪斜的問題，使得最大的輻射方向平行±Z方向。

11:載板

111:上表面

112:串接天線

1121:訊號饋入端

1122:開路端

113:傳輸線

12:晶片

Tx_1~Tx_3:傳送子陣列

Rx_1~Rx_3:接收子陣列

C:收發控制單元

2:相控晶片

21:第一傳輸腳

22:第二傳輸腳

3:電路板

4:天線層

41:第一短路傳輸線

42:第一天線串

421~423:輻射金屬片

43:第二天線串

44:第二短路傳輸線

431~433:輻射金屬片

44:第二短路傳輸線

45:第一訊號饋入點

46:第二訊號饋入點

5:接地金屬層

6:晶片

61:高頻訊號傳輸腳

7:3dB功率分配器

71:第一端

72:第二端

73:第三端

8:電路板

81:天線層

811:第一天線串

8111:第一訊號饋入點

812:第二天線串

8121:第二訊號饋入點

82:接地金屬層

h:距離

L1、L2:長度

〔圖1〕是一市售車用毫米波雷達感測模組的影像圖。

〔圖2〕是該市售車用毫米波雷達感測模組及輻射場型的示意圖，說明輻射場型的指向與Z方向不平行。

〔圖3〕是該市售車用毫米波雷達感測模組及輻射場型的另一示意圖，說明輻射場型的指向與Z方向不平行的另一種可能。

〔圖4〕是另一種習知雷達天線系統的示意圖，說明輻射場型的指向與Z方向不平行的其中一種態樣。

〔圖5〕是前述習知雷達天線系統的示意圖，說明輻射場型的指向與Z方向不平行的另一種態樣。

〔圖6〕是本發明第一較佳實施例的示意圖。

〔圖7〕是本發明第二較佳實施例的示意圖。

參閱圖6，本發明毫米波雷達感測器的第一較佳實施例包含一相控晶片2及一電路板3。

該相控晶片2至少包括共同傳輸一對差模訊號的一第一傳輸腳21及一第二傳輸腳22，且該對差模訊號包括大小相等且相位相差180度的一第一訊號及一第二訊號。

該電路板3包括平行且間隔重疊的一天線層4及一接地金屬層5。

該天線層4包括沿著+X方向線延伸排列的一第一短路傳輸線41、一第一天線串42、一第二天線串43及一第二短路傳輸線44。

該第一天線串42及該第二天線串43共平面，且該第一天線串42及該第二天線串43互相鏡像對稱於+Y方向線，+Y方向線垂直+X方向線。該第一天線串42與該接地金屬層5之間的距離h小於該差模訊號頻率所對應的0.1個波長。

該第一天線串42具有N個輻射金屬片421、422、423，該第二天線串43具有N個輻射金屬片431、432、433，將該等輻射金屬片421、422、423、431、432、433的編號從-X方向往+X方向依序排列標號為第1~N號輻射金屬片421、422、423、431、432、433，N為正整數，且該第1~2N號輻射金屬片421、422、423、431、432、433的形狀大小均相同。於本較佳實施例N=3。

該第一天線串42還包括2條第一連接線424，該第二天線串43也還包括2條第二連接線434，該第1~3號輻射金屬片421、422、423中間隔相鄰的任兩個被一條該第一連接線424串接，該第4~6號輻射金屬片431、432、433中間隔相鄰的任兩個也被一條該第二連接線434串接。該等第一連接線424及該等第二連接線434的形狀大小均相同，每一個輻射金屬片421、422、423、431、432、433平行+X方向線的長度L1是每一條第一連接線424長度L2的兩倍，即L2/L1=2。

該第一短路傳輸線41的功用是作為四分之一波長阻抗轉換，該第一短路傳輸線41從該第1號輻射金屬片421最遠離+X方向線的一邊緣4211延伸而出並末端下地電連接於該接地金屬層5。該第二短路傳輸線44的功用也是作為四分之一波長阻抗轉換，該第二短路傳輸線44從該第6號輻射金屬片433最遠離-X 方向線的一邊緣4331延伸而出並末端下地電連接於該接地金屬層5。於本較佳實施例使用末端短路的四分之一波長阻抗轉換微帶線設計的目的在於不影響阻抗匹配的前提下還能達到使該第一天線串42及該第二天線串43上的電流分佈較均勻進而提高輻射指向性的目的，特別是提升相對末端的第1、6號輻射金屬片421、433上的電流強度。

定義+X方向、+Y方向及+Z方向三者符合右手坐標系中互相垂直的三軸向直角坐標關係，該接地金屬層5介於該天線層4及該相控晶片2之間，且該接地金屬層5在+Z方向上的投影完全覆蓋該第一天線串42及該第二天線串43在+Z方向上的投影，該第一天線串42鄰近該相控晶片2的一末端具有一第一訊號饋入點45，該第二天線串43鄰近該相控晶片2的一末端具有一第二訊號饋入點46，該第一訊號饋入點45電連接該第一傳輸腳21，該第二訊號饋入點46電連接該第二傳輸腳22，且該第一天線串42及該第二天線串43恆同時工作並具有同向的表面電流。

更進一步的說明，由於該相控晶片2提供該第一訊號到該第一天線串42，及提供該第二訊號到該第二天線串43，且該第一訊號與該第二訊號是大小(振幅)相等但相位相差180度的一對差模訊號，所以該第一天線串42及該第二天線串43上的表面電流會是同方向，因此該第一天線串42及第二天線串43兩者輻射出的電場向量合成在鏡像YZ平面會具有最大值，從而避免先前技術場型歪斜的問題。

參閱圖7，本發明毫米波雷達感測器的第二較佳實施例包含一晶片6、一3dB功率分配器7及一電路板8。

該晶片6包括一高頻訊號傳輸腳61。

該3dB功率分配器7包括一第一端71、一第二端72及一第三端73。該第一端71電連接該晶片6的高頻訊號傳輸腳61，且該3dB功率分配器7的第一端71到該第二端72之間的相位為θ度，該3dB功率分配器7的第一端71到該第三端73之間的相位為θ+180度，該第一端71可以合成來自該第二端72及該第三端73的訊號，或者，該3dB功率分配器7可以將來自該第一端71的訊號功率等分輸出至該第二端72及該第三端73，而180度的延遲相位可以採用半波長傳輸線實現。

該電路板8包括平行重疊的一天線層81及一接地金屬層82，該天線層81包括沿著+X方向線延伸排列的一第一天線串811及一第二天線串812。該第一天線串811及該第二天線串812互相鏡像對稱於+Y方向線，+Y方向線垂直+X方向線，該接地金屬層82介於該天線層81及該晶片6之間，並且，該第一天線串811鄰近該晶片6的一末端具有一第一訊號饋入點8111，該第二天線串812鄰近該晶片6的一末端具有一第二訊號饋入點8121，該第一訊號饋入點8111電連接該3dB功率分配器7的第二端72，該第二訊號饋入點8121電連接該3dB功率分配器7的第三端73。

在第二較佳實施例中的該3dB功率分配器7是獨立於該晶片6，但也可以整合於該晶片6內以類似第一較佳實施例的型態呈現。

本發明的效果在於：該第一天線串42(811)及該第二天線串43(812)形狀大小相同並同時工作，且該對差模訊號的正、第二訊號大小相等且相位相差180度，又該第一天線串42(811)及該第二天線串43(812)更沿著同一條+X方向線延伸排列，因此將該第一天線串42(811)及該第二天線串43(812)的輻射場型合成後就能除去先前技術場型歪斜的問題，使得最大的輻射方向平行±Z方向。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單地等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

Claims (8)

1. 一種毫米波雷達感測器，包含：一相控晶片，至少包括共同傳輸一對差模訊號的一第一傳輸腳及一第二傳輸腳，且該對差模訊號包括大小相等且相位相差180度的一第一訊號及一第二訊號；及一電路板，包括平行重疊的一天線層及一接地金屬層，該天線層包括沿著+X方向線延伸排列的一第一天線串及一第二天線串，該第一天線串及該第二天線串互相鏡像對稱於+Y方向線，+Y方向線垂直+X方向線，該接地金屬層介於該天線層及該相控晶片之間，並且，該第一天線串鄰近該相控晶片的一末端具有一第一訊號饋入點，該第二天線串鄰近該相控晶片的一末端具有一第二訊號饋入點，該第一訊號饋入點電連接該第一傳輸腳，該第二訊號饋入點電連接該第二傳輸腳，且該第一天線串及該第二天線串恆同時工作並具有同向的表面電流，該第一天線串及該第二天線串各自具有複數N個輻射金屬片，將該等輻射金屬片的編號從-X方向往+X方向依序排列標號為第1~2N號輻射金屬片，N為正整數，並且，該天線層還包括一條四分之一波長阻抗轉換的第一短路傳輸線，該第一短路傳輸線從該第1號輻射金屬片最遠離+X方向線的一邊緣延伸而出並末端下地電連接於該接地金屬層。
2. 如請求項1之毫米波雷達感測器，其中該天線層還包括一條四分之一波長阻抗轉換的第二短路傳輸線，該第二短路傳輸線從該第2N號輻射金屬片最遠離-X方向線的一邊緣延伸而出並末端下地電連接於該接地金屬層。
3. 如請求項1之毫米波雷達感測器，其中定義+X方向、+Y方向及+Z方向三者符合右手坐標系中互相垂直的三軸向的關係，該接地金屬層在+Z方向的投影完全覆蓋該第一天線串及該第二天線串在+Z方向的投影。
4. 如請求項1之毫米波雷達感測器，其中該第一天線串及該第二天線串共平面，且該第一天線串與該接地金屬層之間的距離小於該差模訊號頻率所對應的0.1個波長。
5. 如請求項1之毫米波雷達感測器，其中該第一天線串還包括N-1條第一連接線，該第二天線串也還包括N-1條第二連接線，該第1~N號輻射金屬片中間隔相鄰的任兩個被一條該第一連接線串接，該第N+1~2N號輻射金屬片中間隔相鄰的任兩個也被一條該第二連接線串接。
6. 如請求項5之毫米波雷達感測器，其中該等第一連接線及該等第二連接線的形狀大小均相同。
7. 如請求項6之毫米波雷達感測器，其中該第1~2N號輻射金屬片的形狀大小均相同。
8. 如請求項7之毫米波雷達感測器，其中每一個該輻射金屬片平行+X方向線的長度是每一條第一連接線長度的兩倍。

Images