WO2024113376A1 - 波导装置及相关产品 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种波导装置及相关产品，涉及毫米波雷达技术领域。该波导装置包括：十字结构波导；所述十字结构波导包括相交的第一腔体和第二腔体，所述第一腔体和所述第二腔体相交于所述十字结构波导的中心点；所述十字结构波导的填充介质为介电常数大于第一预设阈值的第一材料，所述十字结构波导的外表面为导电材料。本波导装置可以实现波导的小型化特性，满足毫米波雷达的多通道交叉传输需求。
Description
本申请涉及毫米波雷达技术领域，尤其涉及一种波导装置及相关产品。
波导(waveguide)是用来定向引导电磁波的结构。其主要用作微波频率的传输线，在雷达等微波无线电链路设备中用来将微波发送器和接收器与它们的天线连接起来。
目前，在可见光集成光电器件的多通道传输场景中，常采用内外高低折射的绝缘硅工艺制造的波导进行馈电传输。但是，在毫米波雷达的多通道交叉传输场景中，上述波导由于电尺寸较大的问题，不具备应用于工程实用的价值。因此，亟需设计一种小型化的波导装置，以满足毫米波雷达的多通道交叉传输需求。
发明内容
本申请实施例提供了一种波导装置及相关产品，可以实现波导的小型化特性，满足毫米波雷达的多通道交叉传输需求。
第一方面，本申请实施例提供了一种波导装置，该波导装置包括：
十字结构波导；
所述十字结构波导包括相交的第一腔体和第二腔体，所述第一腔体和所述第二腔体相交于所述十字结构波导的中心点；
所述十字结构波导的填充介质为介电常数大于第一预设阈值的第一材料，所述十字结构波导的外表面为导电材料。
本申请实施例中，波导装置包括的十字结构波导可以是中心对称的，十字结构波导包括的第一腔体和第二腔体关于十字结构波导的中心点中心对称，且十字结构波导的填充介质为介电常数大于第一预设阈值的第一材料，十字结构波导的外表面为导电材料。根据电磁波介质波长计算公式
(其中，DK为材料的介电常数)可知，同一个频点的整波长尺寸λ
介质会变为真空波长λ的
倍，这样可在保证波导装置内相同场模式分布数目的情况下大幅压缩波导结构尺寸。通过本申请实施例，对十字结构波导进行高介电材料的介质填充，可以保证波导装置在电磁波传输性能不变的前提下，实现波导装置的小型化设计，且能满足毫米波雷达的多通道交叉传输需求。
本申请实施例中的高介电材料包括介电常数较高的材料，介电常数较高可以指的是介电常数大于第一预设阈值，该第一预设阈值不是一个固定的值，可以根据不同的应用场景而做调整。示例性的，本申请实施例中的高介电材料的介电常数，大于基于内外高低折射率的绝缘硅(silicononinsulator，SOI)工艺实现的介质波导所用的介电材料的介电常数。
在一种可能的实施方式中，所述波导装置还包括金属板，所述十字结构波导位于所述金属板的上层，所述十字结构波导的外表面为金属镀层。
在本申请实施方式中，提供了一种波导装置的可能的具体实施方式，具体为，波导装置还包括金属板，十字结构波导与金属板耦合，且十字结构波导位于金属板的上层，十字结构波导的外表面为金属镀层。通过本申请实施例，利用金属表面高介电材料沉积，以及高介电 材料层蚀刻，形成十字结构波导内部的高介电材料填充，利用外侧电镀工艺流程，形成十字结构波导的外表面金属镀层，在工程上可实现对十字结构波导的高介电材料的介质填充，可以保证波导装置在电磁波传输性能不变的前提下，实现波导装置的小型化设计，且能满足毫米波雷达的多通道交叉传输需求。
在一种可能的实施方式中，所述第一材料包括以下至少一项：硅、陶瓷、玻璃。
在本申请实施方式中，提供了第一材料的可能的具体实施方式，具体为，第一材料包括但不限于硅、陶瓷、玻璃等高介电材料。根据电磁波介质波长计算公式
(其中，DK为材料的介电常数)可知，在硅、陶瓷、玻璃等高介电材料中，同一个频点的整波长尺寸λ
介质会变为真空波长λ的
倍，这样可在保证波导装置内相同场模式分布数目的情况下大幅压缩波导结构尺寸。
在一种可能的实施方式中，所述波导装置的主体为印制电路板PCB，所述PCB包括贯穿上下表面的多个金属化通孔；
所述多个金属化通孔形成的区域为所述十字结构波导。
在本申请实施方式中，提供了一种波导装置的可能的具体实施方式，具体为，波导装置的主体是印制电路板(printed circuit board，PCB)，该PCB板上布满了贯穿上下表面的多个金属化通孔，这些金属化通孔围成的区域为波导装置中的十字结构波导。通过本申请实施例，采用PCB加工工艺实现集成基板波导(substrate integration waveguide，SIW)形式的十字结构波导，PCB板的上下金属层作为十字结构波导的上下电壁，PCB板侧边的金属化通孔形成十字结构波导的侧面电壁，PCB板内部介质压缩器件(十字结构波导)尺寸，在工程上可以保证波导装置在电磁波传输性能不变的前提下，实现波导装置的小型化设计，且能满足毫米波雷达的多通道交叉传输需求。
可选的，所述多个金属化通孔之间的间距相等。
在一种可能的实施方式中，所述第一材料为所述PCB的板材。
在本申请实施方式中，提供了第一材料的可能的具体实施方式，具体为，在波导装置的主体是PCB板的情况下，该PCB板的上下金属层作为十字结构波导的上下电壁，PCB板侧边的金属化通孔形成十字结构波导的侧面电壁，十字结构波导的填充介质(即第一材料)为该PCB板的板材，PCB板内部介质可以压缩器件(十字结构波导)尺寸，在工程上可以保证波导装置在电磁波传输性能不变的前提下，实现波导装置的小型化设计，且能满足毫米波雷达的多通道交叉传输需求。
在一种可能的实施方式中，所述第一腔体包括第一基模输入波导、第一基模和多模匹配波导、第一多模干涉波导；
其中，所述第一基模输入波导和所述第一多模干涉波导通过所述第一基模和多模匹配波导连接，所述第一多模干涉波导的宽度大于所述第一基模输入波导的宽度；
所述第一基模输入波导用于输入电磁波，所述电磁波经过所述第一基模和多模匹配波导进入所述第一多模干涉波导，所述第一多模干涉波导用于对所述电磁波进行干涉，在所述中心点呈现所述电磁波进入所述第一多模干涉波导处的基模场形。
在本申请实施方式中，提供了第一腔体的可能的具体实施方式，具体为，第一腔体中的第一基模输入波导和第一多模干涉波导通过第一基模和多模匹配波导连接，由于十字结构波导是中心对称的，且十字结构波导包括的第一腔体和第二腔体相交于十字结构波导的中心点，因此，第一腔体包括两段第一基模输入波导、两段第一基模和多模匹配波导、一段第一多模干涉波导，且十字结构波导的中心点为第一腔体中的第一多模干涉波导的中心点，即第一腔 体中包括的各段波导的连接顺序依次为“第一基模输入波导、第一基模和多模匹配波导、第一多模干涉波导、第一基模和多模匹配波导、第一基模输入波导”。其中，第一多模干涉波导的宽度大于第一基模输入波导的宽度，通过波导宽度设计实现第一腔体中包括的各段波导的五阶高次模展开。通过本申请实施例，第一基模输入波导输入电磁波，该电磁波经过第一基模和多模匹配波导进入第一多模干涉波导，经过干涉后，在中心点呈现电磁波进入第一多模干涉波导处的基模场形，可以更好的抑制串扰，降低电磁波传输损耗。
可以理解的是，所述第二腔体的组成结构与所述第一腔体的组成结构相同。
在一种可能的实施方式中，所述第一基模和多模匹配波导与所述第一基模输入波导的连接处为锥形结构，所述第一基模和多模匹配波导与所述第一多模干涉波导的连接处为锥形结构。
在本申请实施方式中，提供了一种波导连接的可能的具体实施方式，具体为，第一基模和多模匹配波导与第一基模输入波导的连接处为锥形结构，第一基模和多模匹配波导与第一多模干涉波导的连接处为锥形结构。通过本申请实施例，设计不同波导之间连接处锥形的渐变结构，可以改善第一多模干涉波导和第一基模输入波导连接处的模式匹配，进而优化回波。
在一种可能的实施方式中，所述第一多模干涉波导的截面尺寸满足以下条件：0.53λ≤a≤0.72λ；
其中，所述a为所述第一多模干涉波导的截面的第一边，所述λ为传输的电磁波的真空波长。
在本申请实施方式中，提供了一种第一多模干涉波导的截面尺寸的可能的具体实施方式，具体为，波导装置包括十字结构波导和金属板，十字结构波导与金属板耦合，且十字结构波导位于金属板的上层，十字结构波导的外表面为金属镀层，在上述波导装置的实现情况下，波导装置中的第一多模干涉波导的截面的第一边(可以理解为第一多模干涉波导的截面的宽度)尺寸大大缩小，实现了波导装置的小型化设计。
在一种可能的实施方式中，所述第一多模干涉波导的截面尺寸满足以下条件：1.2λ≤a≤1.5λ；
其中，所述a为所述第一多模干涉波导的截面的第一边，所述λ为传输的电磁波的真空波长。
在本申请实施方式中，提供了一种第一多模干涉波导的截面尺寸的可能的具体实施方式，具体为，波导装置的主体为PCB板，PCB板的上下金属层作为十字结构波导的上下电壁，PCB板侧边的金属化通孔形成十字结构波导的侧面电壁，PCB板内部介质压缩器件(十字结构波导)尺寸，在上述波导装置的实现情况下，波导装置中的第一多模干涉波导的截面的第一边(可以理解为第一多模干涉波导的截面的宽度)尺寸大大缩小，实现了波导装置的小型化设计。
在一种可能的实施方式中，所述第一多模干涉波导的长度满足以下条件：1.9λ≤L3≤2.1λ；
其中，所述L3为所述第一多模干涉波导的长度，所述λ为传输的电磁波的真空波长。
在本申请实施方式中，提供了一种第一多模干涉波导的长度的可能的具体实施方式，具体为，波导装置包括十字结构波导和金属板，十字结构波导与金属板耦合，且十字结构波导位于金属板的上层，十字结构波导的外表面为金属镀层，在上述波导装置的实现情况下，波导装置中的第一多模干涉波导的长度大大缩小，实现了波导装置的小型化设计。
在一种可能的实施方式中，所述第一多模干涉波导的长度满足以下条件：4.8λ≤L3≤5.3λ；
其中，所述L3为所述第一多模干涉波导的长度，所述λ为传输的电磁波的真空波长。
在本申请实施方式中，提供了一种第一多模干涉波导的长度的可能的具体实施方式，具 体为，波导装置的主体为PCB板，PCB板的上下金属层作为十字结构波导的上下电壁，PCB板侧边的金属化通孔形成十字结构波导的侧面电壁，PCB板内部介质压缩器件(十字结构波导)尺寸，在上述波导装置的实现情况下，波导装置中的第一多模干涉波导的长度大大缩小，实现了波导装置的小型化设计。
在一种可能的实施方式中，所述第一基模和多模匹配波导的长度满足以下条件：0.13λ≤L2≤0.18λ；
其中，所述L2为所述第一基模和多模匹配波导的长度，所述λ为传输的电磁波的真空波长。
在本申请实施方式中，提供了一种第一基模和多模匹配波导的长度的可能的具体实施方式，具体为，波导装置包括十字结构波导和金属板，十字结构波导与金属板耦合，且十字结构波导位于金属板的上层，十字结构波导的外表面为金属镀层，在上述波导装置的实现情况下，波导装置中的第一基模和多模匹配波导的长度大大缩小，实现了波导装置的小型化设计。
在一种可能的实施方式中，所述第一基模和多模匹配波导的长度满足以下条件：0.3λ≤L2≤0.45λ；
其中，所述L2为所述第一基模和多模匹配波导的长度，所述λ为传输的电磁波的真空波长。
在本申请实施方式中，提供了一种第一基模和多模匹配波导的长度的可能的具体实施方式，具体为，波导装置的主体为PCB板，PCB板的上下金属层作为十字结构波导的上下电壁，PCB板侧边的金属化通孔形成十字结构波导的侧面电壁，PCB板内部介质压缩器件(十字结构波导)尺寸，在上述波导装置的实现情况下，波导装置中的第一基模和多模匹配波导的长度大大缩小，实现了波导装置的小型化设计。
在一种可能的实施方式中，所述十字结构波导的厚度满足以下条件：0.35W1≤h≤0.6W1；
其中，所述h为所述十字结构波导的厚度，所述W1为所述第一基模输入波导的宽度。
在本申请实施方式中，提供了一种第一基模和多模匹配波导的长度的可能的具体实施方式，具体为，波导装置包括十字结构波导和金属板，十字结构波导与金属板耦合，且十字结构波导位于金属板的上层，十字结构波导的外表面为金属镀层；或者，波导装置的主体为PCB板，PCB板的上下金属层作为十字结构波导的上下电壁，PCB板侧边的金属化通孔形成十字结构波导的侧面电壁，PCB板内部介质压缩器件(十字结构波导)尺寸。在上述波导装置的任一种实现情况下，波导装置中的十字结构波导的厚度均大大缩小，实现了波导装置的小型化设计。
在一种可能的实施方式中，在所述第一腔体馈电形成电磁流的情况下，所述第二腔体内的磁流密度小于第二预设阈值。
在本申请实施方式中，提供了一种电磁波传输的可能的具体实施方式，具体为，在第一腔体馈电形成电磁流的情况下，第二腔体内的磁流密度小于第二预设阈值，即保证电磁流在第一腔体内传输，可以更好的抑制串扰，降低电磁波传输损耗，在工程上可以保证波导装置在电磁波传输性能不变的前提下，能满足毫米波雷达的多通道交叉传输需求。
可选的，在所述第二腔体馈电形成电磁流的情况下，所述第一腔体内的磁流密度小于第三预设阈值。
在一种可能的实施方式中，所述波导装置中的多个所述十字结构波导级联排列。
在本申请实施方式中，提供了一种波导装置的可能的具体实施方式，具体为，波导装置可以包括多个十字结构波导，且该多个十字结构波导级联排列，通过本申请实施例，可以保 证波导装置在电磁波传输性能不变的前提下，实现波导装置的小型化设计，且能满足毫米波雷达的多通道交叉传输需求。
第二方面，本申请实施例提供了一种雷达或雷达系统，该雷达或雷达系统包括上述第一方面或上述第一方面任意可能的实施方式所述的波导装置。需要说明的是，可能存在多种传感器集成的智能传感器，在上述智能传感器包含毫米波探测功能的情况下，上述智能传感器也可以称为毫米波雷达或毫米波雷达系统。
第三方面，本申请实施例提供了一种终端设备，该终端设备包括上述第一方面或上述第一方面任意可能的实施方式所述的波导装置，或者包括上述第二方面所述的雷达或雷达系统。
第四方面，本申请实施例提供了一种车端，该车端包括上述第一方面或上述第一方面任意可能的实施方式所述的波导装置，或者包括上述第二方面所述的雷达或雷达系统，或者包括上述第三方面所述的终端设备。
本申请实施例中，对十字结构波导进行高介电材料的介质填充，可以保证波导装置在电磁波传输性能不变的前提下，实现波导装置的小型化设计，且能满足毫米波雷达的多通道交叉传输需求。
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种雷达分布的示意图；
图2为本申请实施例提供的一种雷达的架构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种波导装置的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的一种波导装置的结构示意图；
图5为本申请实施例提供的一种波导装置的立体结构图；
图6为本申请实施例提供的一种波导装置的结构示意图；
图7为本申请实施例提供的一种波导装置的结构示意图；
图8为本申请实施例提供的一种波导装置的立体结构图；
图9A为本申请实施例提供的一种波导传输的效果示意图；
图9B为本申请实施例提供的一种波导传输的效果示意图；
图10为本申请实施例提供的一种波导装置的结构示意图；
图11为本申请实施例提供的一种回波损耗的示意图；
图12为本申请实施例提供的一种传输插损的示意图；
图13为本申请实施例提供的一种传输隔离的示意图。
为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图对本申请实施例进行描述。
本申请的说明书、权利要求书及附图中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖 不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备等，没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元等，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备等固有的其它步骤或单元。
在本文中提及的“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员可以显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上，“至少两个(项)”是指两个或三个及三个以上，“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
如背景技术部分所述，需要研究如何设计一种小型化的波导装置，以满足毫米波雷达的多通道交叉传输需求的问题。本申请提供了一种波导装置及相关产品，涉及毫米波雷达技术领域，可以实现波导的小型化特性，满足毫米波雷达的多通道交叉传输需求。
为了更清楚地描述本申请的方案，下面先介绍一些与雷达相关的知识。
雷达是英文Radar的音译，源于“radio detection and ranging”的缩写，意思为“无线电探测和测距”，其用无线电的方法发现目标并测定目标的空间位置。
雷达的探测介质为电磁波，其利用电磁波的发射与接收，实现对目标的探测，例如，测距、测速、或方位角的测量等。雷达可以基于电磁波的飞行时间实现对目标的测距，飞行时间即电磁波收发的时间差。雷达发射电磁波信号，并接收该电磁波信号的回波信号，根据接收的回波信号与发射的电磁波信号的时间差和电磁波的传播速度可以实现对目标的测距。确定雷达与目标之间距离可以基于以下公式实现：s＝c*t/2，其中s为目标的距离，t为飞行时间，即电磁波信号从雷达发射出去到接收到回波信号的时间，c为光速。
雷达基于多普勒效应(Doppler effect)实现对目标的测速。多普勒效应原理如下：当声音，光和无线电波等振动源与观测者以相对速度相对运动时，观测者所收到的振动频率与振动源所发出的频率有所不同。当雷达发射的电磁波和被探测目标有相对移动、回波信号的频率会和发射的电磁波信号的频率不同。当目标向雷达天线靠近时，回波信号的频率将高于发射的电磁波信号的频率；反之，当目标远离雷达天线而去时，回波信号的频率将低于发射的电磁波信号的频率。由多普勒效应所形成的频率变化叫做多普勒频移，它与相对速度成正比，与振动频率成反比。所以，通过检测发射的电磁波信号与回波信号的频率差，可以测得目标相对于雷达的移动速度，也就是目标与雷达的相对速度。
雷达可以采用振幅法、相位法等方式实现对方位角的测量，振幅法测角是用天线收到的回波信号幅度值来做角度测量的，该幅度值的变化规律取决于天线方向图以及天线扫描方式；相位法测角是利用多个天线单元所接收的回波信号之间的相位差来做角度测量的，例如，雷达通过天线阵列收到同一目标反射的回波信号，根据回波信号的相位差计算得到目标的方位角。
毫米波雷达的探测介质为一定波长范围内的电磁波，例如微波，目前采用比较多的为毫米波(millimeter wave)以及与毫米波波段相邻近的厘米波(例如，24GHz频段的厘米波)， 毫米波是波长为1～10毫米(mm)的电磁波，24GHz频段的电磁波的波长略大于10mm。由于毫米波雷达的探测介质的波长位于微波与远红外波相交叠的波长范围，因而兼有两种波谱的特点。根据波的传播理论，频率越高，波长越短，分辨率越高，穿透能力越强，但在传播过程的损耗也越大，传输距离越短；相对地，频率越低，波长越长，绕射能力越强，传输距离越远。所以与微波相比，毫米波雷达的探测介质的分辨率高、指向性好、抗干扰能力强和探测性能好。与红外相比，毫米波雷达的探测介质的大气衰减小、对烟雾灰尘等有更好的穿透性、受天气影响小。因此，毫米波雷达在智能车辆、无人机、智能交通、工业自动化等多个领域获得了越来越广泛的应用。
Radar根据其探测距离的远近可以分为长距雷达(long range radar，LRR)、中距雷达(mid/medium range radar，MRR)以及短距雷达(short range radar，SRR)。LRR对探测距离要求较高，但对探测的角域宽度要求相对较低。SRR对探测距离要求相对较低，但对探测的角域宽度要求较高。MRR对探测距离和角域宽度的要求可以理解为介于LRR和SRR之间。例如，LRR的探测距离可以达到200米以上，角域宽度可以为±15°；MRR的探测距离可以为100米以内，角域宽度可以为±45°；SRR的探测距离可以为60米以内，角域宽度可以为±80°。在使用中，可以根据自动驾驶的功能需求以及其它传感器的使用情况，在车身的不同位置安装不同类型的Radar，Radar的数量和类型可以根据需要进行选择。
请参阅图1，图1为本申请实施例提供的一种雷达分布的示意图。
图1给出了几种类型Radar的可能安装位置，其仅为示例，实际使用中可以选择更多或更少数量的Radar，类型也可以调整。
如图1所示，LRR可以安装于车身前方，作为前向雷达；MRR可以安装于对车身前方、后方，作为前向雷达、后向雷达；SRR可以安装在车身侧方、车身的四个角，作为侧向雷达、角雷达。此外，MRR也可以安装于车身侧方或车身的四个角，SRR也可以安装于车身的前方或后方。
Radar可以根据其电磁波的调制方式(或辐射方式)进行分类，其中Radar的电磁波的调制方式包括脉冲方式和连续波方式，则Radar可以分为脉冲雷达和连续波雷达。连续波方式进一步可以分为频移键控(frequency shift keying，FSK)、相移键控(phase shift keying，PSK)、恒频/单频连续波(continuous wave CW)、调频连续波(frequency modulated continuous wave，FMCW)、多频移键控(multiple frequency shift keying，MFSK)、调相连续波(phase modulated continuous wave，PMCW)等方式。FMCW方式由于可以检测多个目标、分辨率较高、成本较低，成为了主流的雷达调制方式。
请参阅图2，图2为本申请实施例提供的一种雷达的架构示意图。
如图2所示，该Radar包括MMIC、微控制单元(microcontroller unit，MCU)，以及电源管理集成电路(power management integrated circuit，PMIC)，MMIC可以集成射频部分的功能，MCU可以集成基带部分的功能，例如集成信号处理器的功能，此外还可以提供与车载其它设备通信的通信接口，PMIC是给雷达硬件系统供电的芯片。
波导(waveguide)：是用来定向引导电磁波的结构。在电磁学和通信工程中，波导可以指在它的端点间传递电磁波的任何线性结构。波导主要用作为微波频率的传输线，在雷达、通讯卫星和微波无线电链路设备中用来将微波发送器和接收器与它们的天线连接起来。
目前，毫米波车载雷达天线随着系统功能的提升，正朝着更低损耗、多通道大阵面方向发展。与传统的PCB印刷天线相比，波导天线在低损和宽带特性方面具有明显的优势，而多通道传输需求的引入增加了在有限的系统空间内实现多条波导馈线布线的难度。因此，设计 出具有低插损、小尺寸的同层交叉十字结构波导成为实现多通道波导天线的关键。然而，传统的十字结构波导在电磁波传输过程中，很大部分能量在波导交叉处由于模式耦合产生严重损耗，导致传输性能较差。
针对上述波导由于电尺寸较大，不具备应用于工程实用的价值的问题，本申请实施例根据十字多模干涉(multimode interference，MMI)原理，通过理论计算和仿真优化相结合的方法设计出可用于76～77GHz毫米波频段的雷达波导天线馈电网络的十字结构波导，可以实现单次传输损耗更低(低至0.2dB)、隔离度更高(高至37dB)的良好传输性能。另外，还设计了基于PCB板材和PCB加工工艺实现的SIW形式的十字结构波导，同样可以满足76～77GHz毫米波频段的雷达波导天线馈电网络的设计需要。
下面结合本申请实施例中的附图对本申请实施例提供的波导装置进行描述。
实施例一：
请参阅图3，图3为本申请实施例提供的一种波导装置的结构示意图。
如图3所示，该波导装置包括十字结构波导；
该十字结构波导可以是中心对称的；
该十字结构波导包括同层相交的第一腔体A和第二腔体B，第一腔体A和第二腔体B相交于十字结构波导的中心点；
该十字结构波导的填充介质为介电常数大于第一预设阈值的第一材料，该十字结构波导的外表面为导电材料。
可以理解的是，本申请实施例中的波导装置包括的十字结构波导可以是中心对称的，十字结构波导包括的第一腔体A和第二腔体B关于十字结构波导的中心点中心对称，且十字结构波导的填充介质为介电常数大于第一预设阈值的第一材料，即第一腔体A和第二腔体B的填充介质为介电常数大于第一预设阈值的第一材料，该十字结构波导的外表面为导电材料，即第一腔体A和第二腔体B的外表面为导电材料。
可以理解的是，本申请实施例中的第一预设阈值不是一个固定的值，可以根据不同的应用场景而做调整，使得第一材料为满足十字结构波导的高介电填充介质。
根据电磁波介质波长计算公式
(其中，DK为材料的介电常数)可知，同一个频点的整波长尺寸λ
介质会变为真空波长λ的
倍，这样可在保证波导装置内相同场模式分布数目的情况下大幅压缩波导结构尺寸。
通过本申请实施例，对十字结构波导进行高介电材料的介质填充以及外表面电镀，可以保证波导装置在电磁波传输性能不变的前提下，实现波导装置的小型化设计，且能满足毫米波雷达的多通道交叉传输需求。
在一种可能的实施例中，该波导装置还包括金属板，十字结构波导位于金属板的上层，十字结构波导的外表面为金属镀层。
具体可参阅图4，图4为本申请实施例提供的一种波导装置的结构示意图。可以理解的是，图4所示的波导装置可以作为单独的实施例实施；或者，图4所示的波导装置也可以理解为是上述图3中的波导装置的变形或补充，此时，图4为波导装置的主视图，上述图3为波导装置的俯视图。
如图4所示，该波导装置还包括金属板102，十字结构波导101位于金属板102的上层，十字结构波导101的外表面为金属镀层103。
可以理解的是，本申请实施例中的波导装置包括十字结构波导101和金属板102，十字结构波导101与金属板102耦合，且十字结构波导101位于金属板102的上层，十字结构波 导101的外表面为金属镀层103。
通过本申请实施例，利用金属表面高介电材料沉积，以及高介电材料层蚀刻，形成十字结构波导内部的高介电材料填充，利用外侧电镀工艺流程，形成十字结构波导的外表面金属镀层，在工程上可实现对十字结构波导的高介电材料的介质填充，可以保证波导装置在电磁波传输性能不变的前提下，实现波导装置的小型化设计，且能满足毫米波雷达的多通道交叉传输需求。
基于上述图3、图4所示的波导装置的结构图，可以得到波导装置可能的立体结构图。
示例性的，可参阅图5，图5为本申请实施例提供的一种波导装置的立体结构图。
如图5所示，本申请实施例中的波导装置包括金属板102，十字结构波导101，以及金属镀层103。其中，金属板102、十字结构波导101、金属镀层103，三者的结构关系以及功能特性与上述图3、图4中的描述一致，此处不再赘述。
可以理解的是，上述图3所示的波导装置的结构图为本申请实施例中的波导装置的俯视图，上述图4所示的波导装置的结构图为本申请实施例中的波导装置的主视图。
可选的，上述图3和/或图4和/或图5所示的十字结构波导的填充介质(即上述第一材料)包括但不限于硅、陶瓷、玻璃等高介电材料。
应理解，根据电磁波介质波长计算公式
(其中，DK为材料的介电常数)可知，在硅、陶瓷、玻璃等高介电材料中，同一个频点的整波长尺寸λ
介质会变为真空波长λ的
倍，这样可在保证波导装置内相同场模式分布数目的情况下大幅压缩波导结构尺寸。
在一种可能的实施例中，上述第一腔体A包括第一基模输入波导a1、第一基模和多模匹配波导a2、第一多模干涉波导a3；
其中，第一基模输入波导a1和第一多模干涉波导a3通过第一基模和多模匹配波导a2连接，第一多模干涉波导a3的宽度(a)大于第一基模输入波导a1的宽度(W1)；
第一基模输入波导a1用于输入电磁波，该电磁波经过第一基模和多模匹配波导a2进入第一多模干涉波导a3，第一多模干涉波导a3用于对该电磁波进行干涉，在上述中心点呈现电磁波进入第一多模干涉波导a3处的基模场形。
可以理解的是，第一腔体A中的第一基模输入波导a1和第一多模干涉波导a3通过第一基模和多模匹配波导a2连接，由于十字结构波导是中心对称的，且十字结构波导包括的第一腔体A和第二腔体B相交于十字结构波导的中心点，因此，第一腔体A包括两段第一基模输入波导、两段第一基模和多模匹配波导、一段第一多模干涉波导，且十字结构波导的中心点为第一腔体A中的第一多模干涉波导的中心点，即第一腔体中包括的各段波导的连接顺序依次为“第一基模输入波导a1、第一基模和多模匹配波导a2、第一多模干涉波导a3、第一基模和多模匹配波导a4、第一基模输入波导a5”。可选的，第一腔体A也可以包括两段第一基模输入波导、两段第一基模和多模匹配波导、两段第一多模干涉波导，且十字结构波导的中心点为第一腔体A中的两段第一多模干涉波导的连接点，即第一腔体中包括的各段波导的连接顺序依次为“第一基模输入波导a1、第一基模和多模匹配波导a2、第一多模干涉波导a3、第一多模干涉波导a3、第一基模和多模匹配波导a4、第一基模输入波导a5”，该两段第一多模干涉波导a3也可以是一体成型的一段多模干涉波导，本申请实施例对此不做限制。
应理解，第一基模输入波导a1和第一基模输入波导a5，二者之中的任一个基模波导为输入波导，则另一个基模波导为输出波导。其中，第一多模干涉波导的宽度大于第一基模输入波导的宽度，通过波导宽度设计实现第一腔体中包括的各段波导的五阶高次模展开。
通过本申请实施例，第一基模输入波导输入电磁波，该电磁波经过第一基模和多模匹配 波导进入第一多模干涉波导，经过干涉后，在中心点呈现电磁波进入第一多模干涉波导处的基模场形，可以更好的抑制串扰，降低电磁波传输损耗。
可以理解的是，第二腔体B的组成结构与第一腔体A的组成结构相同，此处不再赘述。
在一种可能的实施例中，第一基模和多模匹配波导a2与第一基模输入波导a1的连接处为锥形结构，第一基模和多模匹配波导a2与第一多模干涉波导a3的连接处为锥形结构。
通过本申请实施例，设计不同波导之间连接处锥形的渐变结构，可以改善第一多模干涉波导和第一基模输入波导连接处的模式匹配，进而优化回波。
在一种可能的实施例中，第一多模干涉波导a3的截面尺寸满足以下条件：
0.53λ≤a≤0.72λ；
其中，a为第一多模干涉波导a3的截面的第一边，λ为传输的电磁波的真空波长。
通过本申请实施例，波导装置中的第一多模干涉波导a3的截面的第一边(可以理解为第一多模干涉波导的截面的宽度a)尺寸大大缩小，实现了波导装置的小型化设计。
在一种可能的实施例中，第一多模干涉波导a3的长度L3满足以下条件：
1.9λ≤L3≤2.1λ；
其中，L3为所述第一多模干涉波导a3的长度，λ为传输的电磁波的真空波长。
通过本申请实施例，波导装置中的第一多模干涉波导a3的长度L3大大缩小，实现了波导装置的小型化设计。
在一种可能的实施例中，第一基模和多模匹配波导a2的长度满足以下条件：
0.13λ≤L2≤0.18λ；
其中，L2为第一基模和多模匹配波导的长度，λ为传输的电磁波的真空波长。
通过本申请实施例，波导装置中的第一基模和多模匹配波导a2的长度L2大大缩小，实现了波导装置的小型化设计。
在一种可能的实施例中，十字结构波导的厚度h满足以下条件：
0.35W1≤h≤0.6W1；
其中，h为十字结构波导的厚度，W1为第一基模输入波导a1的宽度。
通过本申请实施例，波导装置中的十字结构波导的厚度h大大缩小，实现了波导装置的小型化设计。
在一种可能的实施例中，在第一腔体A馈电形成电磁流的情况下，第二腔体B内的磁流密度小于第二预设阈值，即保证电磁流在第一腔体内传输，可以更好的抑制串扰，降低电磁波传输损耗，在工程上可以保证波导装置在电磁波传输性能不变的前提下，能满足毫米波雷达的多通道交叉传输需求。
可选的，在第二腔体B馈电形成电磁流的情况下，第一腔体A内的磁流密度小于第三预设阈值。
具体可参阅图9A和图9B，图9A和图9B为本申请实施例提供的波导传输的效果示意图。
如图9A和图9B所示，当第一腔体A和第二腔体B二者之中的任意一个腔体馈电形成电磁流的情况下(电磁流朝着如图9A和图9B中的箭头方向传输)，另一个腔体内的磁流密度会远远小于正在进行电磁流传输的腔体内的磁流密度，具体可以是小于某一个预设阈值。
通过本申请实施例，由于电磁流传输时实现了电磁流的模式展开和干涉，因此可以保证电磁流在十字结构波导中的某一个腔体内传输，更好的抑制串扰，降低电磁波传输损耗，在工程上可以保证波导装置在电磁波传输性能不变的前提下，能满足毫米波雷达的多通道交叉传输需求。
在一种可能的实施例中，波导装置可以包括多个十字结构波导，且该多个十字结构波导级联排列。
具体可参阅图10，图10为本申请实施例提供的一种波导装置的结构示意图。
如图10所示，波导装置包括了四个十字结构波导，且该四个十字结构波导级联排列。
可以理解的是，级联排列的十字结构波导的个数并不限制，级联排列的十字结构波导的基模长度不做限制。
可以理解的是，该四个十字结构波导除了如图10所示的方式排列之外，还可以排列为一列串行的十字结构波导，本申请实施例对此不做限制。
通过本申请实施例所示的级联排列方式，可以保证波导装置在电磁波传输性能不变的前提下，实现波导装置的小型化设计，且能满足毫米波雷达的多通道交叉传输需求。
实施例二：
请参阅图6，图6为本申请实施例提供的一种波导装置的结构示意图。可以理解的是，图6所示的波导装置可以作为单独的实施例实施；或者，图6所示的波导装置也可以理解为是上述图3中的波导装置的变形或补充。
如图6所示，该波导装置包括十字结构波导；
该十字结构波导可以是中心对称的；
该十字结构波导包括同层相交的第一腔体A和第二腔体B，第一腔体A和第二腔体B相交于十字结构波导的中心点；
该十字结构波导的填充介质为介电常数大于第一预设阈值的第一材料，该十字结构波导的外表面为导电材料。
可以理解的是，本申请实施例中的波导装置包括的十字结构波导可以是中心对称的，十字结构波导包括的第一腔体A和第二腔体B关于十字结构波导的中心点中心对称，且十字结构波导的填充介质为介电常数大于第一预设阈值的第一材料，即第一腔体A和第二腔体B的填充介质为介电常数大于第一预设阈值的第一材料，该十字结构波导的外表面为导电材料，即第一腔体A和第二腔体B的外表面为导电材料。
可以理解的是，本申请实施例中的第一预设阈值不是一个固定的值，可以根据不同的应用场景而做调整，使得第一材料为满足十字结构波导的高介电填充介质。
根据电磁波介质波长计算公式
(其中，DK为材料的介电常数)可知，同一个频点的整波长尺寸λ
介质会变为真空波长λ的
倍，这样可在保证波导装置内相同场模式分布数目的情况下大幅压缩波导结构尺寸。
通过本申请实施例，对十字结构波导进行高介电材料的介质填充以及外表面电镀，可以保证波导装置在电磁波传输性能不变的前提下，实现波导装置的小型化设计，且能满足毫米波雷达的多通道交叉传输需求。
在一种可能的实施例中，该波导装置的主体为印制电路板PCB，该PCB包括贯穿上下表面的多个金属化通孔；
该多个金属化通孔形成的区域为十字结构波导。
进一步的，该金属化通孔的包络线形成一个十字区域，该十字区域的内部形成一个可用于传输电磁波的腔体，可理解，形成的用于传输电磁波的腔体也是十字结构的。
具体可参阅图7，图7为本申请实施例提供的一种波导装置的结构示意图。可以理解的是，图7所示的波导装置可以作为单独的实施例实施；或者，图7所示的波导装置也可以理 解为是上述图6中的波导装置的变形或补充，此时，图7为波导装置的主视图，上述图6为波导装置的俯视图。
如图7所示，该波导装置的主体为印制电路板PCB，该PCB包括贯穿上下表面的多个金属化通孔201、PCB下金属层202以及PCB上金属层203；
该多个金属化通孔201形成的区域为十字结构波导。
可以理解的是，本申请实施例中的波导装置的主体是印制电路板PCB，该PCB板上布满了贯穿上下表面的多个金属化通孔201，这些金属化通孔201围成的区域为波导装置中的十字结构波导。
通过本申请实施例，采用PCB加工工艺实现SIW形式的十字结构波导，PCB板的上下金属层(202和203)作为十字结构波导的上下电壁，PCB板侧边的金属化通孔201形成十字结构波导的侧面电壁，PCB板内部介质压缩器件(十字结构波导)尺寸，在工程上可以保证波导装置在电磁波传输性能不变的前提下，实现波导装置的小型化设计，且能满足毫米波雷达的多通道交叉传输需求。
可选的，上述多个金属化通孔201之间的间距相等。
基于上述图6、图7所示的波导装置的结构图，可以得到波导装置可能的立体结构图。
示例性的，可参阅图8，图8为本申请实施例提供的一种波导装置的立体结构图。
如图8所示，本申请实施例中的波导装置的主体为印制电路板PCB，该PCB包括贯穿上下表面的多个金属化通孔201、PCB下金属层202以及PCB上金属层203。其中，该多个金属化通孔201、PCB下金属层202以及PCB上金属层203，三者的结构关系以及功能特性与上述图6、图7中的描述一致，此处不再赘述。
可以理解的是，上述图6所示的波导装置的结构图为本申请实施例中的波导装置的俯视图，上述图7所示的波导装置的结构图为本申请实施例中的波导装置的主视图。
可选的，上述图6和/或图7和/或图8所示的十字结构波导的填充介质(即上述第一材料)为PCB的板材。
应理解，根据电磁波介质波长计算公式
(其中，DK为材料的介电常数)可知，在PCB板材等高介电材料中，同一个频点的整波长尺寸λ
介质会变为真空波长λ的
倍，这样可在保证波导装置内相同场模式分布数目的情况下大幅压缩波导结构尺寸。
在一种可能的实施例中，上述第一腔体A包括第一基模输入波导a1、第一基模和多模匹配波导a2、第一多模干涉波导a3；
其中，第一基模输入波导a1和第一多模干涉波导a3通过第一基模和多模匹配波导a2连接，第一多模干涉波导a3的宽度(a)大于第一基模输入波导a1的宽度(W1)；
第一基模输入波导a1用于输入电磁波，该电磁波经过第一基模和多模匹配波导a2进入第一多模干涉波导a3，第一多模干涉波导a3用于对该电磁波进行干涉，在上述中心点呈现电磁波进入第一多模干涉波导a3处的基模场形。
可以理解的是，第一腔体A中的第一基模输入波导a1和第一多模干涉波导a3通过第一基模和多模匹配波导a2连接，由于十字结构波导是中心对称的，且十字结构波导包括的第一腔体A和第二腔体B相交于十字结构波导的中心点，因此，第一腔体A包括两段第一基模输入波导、两段第一基模和多模匹配波导、一段第一多模干涉波导，且十字结构波导的中心点为第一腔体A中的第一多模干涉波导的中心点，即第一腔体中包括的各段波导的连接顺序依次为“第一基模输入波导a1、第一基模和多模匹配波导a2、第一多模干涉波导a3、第一基模和多模匹配波导a4、第一基模输入波导a5”。可选的，第一腔体A也可以包括两段第一基模 输入波导、两段第一基模和多模匹配波导、两段第一多模干涉波导，且十字结构波导的中心点为第一腔体A中的两段第一多模干涉波导的连接点，即第一腔体中包括的各段波导的连接顺序依次为“第一基模输入波导a1、第一基模和多模匹配波导a2、第一多模干涉波导a3、第一多模干涉波导a3、第一基模和多模匹配波导a4、第一基模输入波导a5”，该两段第一多模干涉波导a3也可以是一体成型的一段多模干涉波导，本申请实施例对此不做限制。
应理解，第一基模输入波导a1和第一基模输入波导a5，二者之中的任一个基模波导为输入波导，则另一个基模波导为输出波导。其中，第一多模干涉波导的宽度大于第一基模输入波导的宽度，通过波导宽度设计实现第一腔体中包括的各段波导的五阶高次模展开。
通过本申请实施例，第一基模输入波导输入电磁波，该电磁波经过第一基模和多模匹配波导进入第一多模干涉波导，经过干涉后，在中心点呈现电磁波进入第一多模干涉波导处的基模场形，可以更好的抑制串扰，降低电磁波传输损耗。
可以理解的是，第二腔体B的组成结构与第一腔体A的组成结构相同，此处不再赘述。
在一种可能的实施例中，第一基模和多模匹配波导a2与第一基模输入波导a1的连接处为锥形结构，第一基模和多模匹配波导a2与第一多模干涉波导a3的连接处为锥形结构。
通过本申请实施例，设计不同波导之间连接处锥形的渐变结构，可以改善第一多模干涉波导和第一基模输入波导连接处的模式匹配，进而优化回波。
在一种可能的实施例中，第一多模干涉波导a3的截面尺寸满足以下条件：
1.2λ≤a≤1.5λ；
其中，a为第一多模干涉波导a3的截面的第一边，λ为传输的电磁波的真空波长。
通过本申请实施例，波导装置中的第一多模干涉波导a3的截面的第一边(可以理解为第一多模干涉波导的截面的宽度a)尺寸大大缩小，实现了波导装置的小型化设计。
在一种可能的实施例中，第一多模干涉波导a3的长度L3满足以下条件：
4.8λ≤L3≤5.3λ；
其中，L3为所述第一多模干涉波导a3的长度，λ为传输的电磁波的真空波长。
通过本申请实施例，波导装置中的第一多模干涉波导a3的长度L3大大缩小，实现了波导装置的小型化设计。
在一种可能的实施例中，第一基模和多模匹配波导a2的长度满足以下条件：
0.3λ≤L2≤0.45λ；
其中，L2为第一基模和多模匹配波导的长度，λ为传输的电磁波的真空波长。
通过本申请实施例，波导装置中的第一基模和多模匹配波导a2的长度L2大大缩小，实现了波导装置的小型化设计。
在一种可能的实施例中，十字结构波导的厚度h满足以下条件：
0.35W1≤h≤0.6W1；
其中，h为十字结构波导的厚度，W1为第一基模输入波导a1的宽度。
通过本申请实施例，波导装置中的十字结构波导的厚度h大大缩小，实现了波导装置的小型化设计。
在一种可能的实施例中，在第一腔体A馈电形成电磁流的情况下，第二腔体B内的磁流密度小于第二预设阈值，即保证电磁流在第一腔体内传输，可以更好的抑制串扰，降低电磁波传输损耗，在工程上可以保证波导装置在电磁波传输性能不变的前提下，能满足毫米波雷达的多通道交叉传输需求。
可选的，在第二腔体B馈电形成电磁流的情况下，第一腔体A内的磁流密度小于第三预 设阈值。
具体可参阅图9A和图9B，图9A和图9B为本申请实施例提供的波导传输的效果示意图。
如图9A和图9B所示，当第一腔体A和第二腔体B二者之中的任意一个腔体馈电形成电磁流的情况下(电磁流朝着如图9A和图9B中的箭头方向传输)，另一个腔体内的磁流密度会远远小于正在进行电磁流传输的腔体内的磁流密度，具体可以是小于某一个预设阈值。
通过本申请实施例，由于电磁流传输时实现了电磁流的模式展开和干涉，因此可以保证电磁流在十字结构波导中的某一个腔体内传输，更好的抑制串扰，降低电磁波传输损耗，在工程上可以保证波导装置在电磁波传输性能不变的前提下，能满足毫米波雷达的多通道交叉传输需求。
在一种可能的实施例中，波导装置可以包括多个十字结构波导，且该多个十字结构波导级联排列。
具体可参阅图10，图10为本申请实施例提供的一种波导装置的结构示意图。
如图10所示，波导装置包括了四个十字结构波导，且该四个十字结构波导级联排列。
可以理解的是，级联排列的十字结构波导的个数并不限制，级联排列的十字结构波导的基模长度不做限制。
可以理解的是，该四个十字结构波导除了如图10所示的方式排列之外，还可以排列为一列串行的十字结构波导，本申请实施例对此不做限制。
通过本申请实施例所示的级联排列方式，可以保证波导装置在电磁波传输性能不变的前提下，实现波导装置的小型化设计，且能满足毫米波雷达的多通道交叉传输需求。
可以理解的是，在上述实施例一和实施例二中，对十字结构波导进行高介电材料的介质填充，均可以保证波导装置在电磁波传输性能不变的前提下，实现波导装置的小型化设计，且能满足毫米波雷达的多通道交叉传输需求。
具体的，上述实施例一和实施例二的各项性能指标可以如下表所示：
由上表可知，波导装置的小型化性能以及波导传输性能均有所提高。
进一步的，基于MMI原理的波导装置小型化过程可以如下所示：
步骤一：确定多模干涉器的宽度a。
1、真空状态下，电磁波在矩形波导中传输需满足的条件为：
式中，λ代表需要传输最低频率(76GHz)的真空波长，λ
c代表波导结构尺寸可传输的最长波长(截止波长)，m、n分别代表TE模的模式数，a、b代表矩形波导截面的长边和窄边尺寸。当λ确定后，对于TE50模，m＝5、n＝0，通过上式可计算得到波导截面a需要满足：a≥2.5λ。
步骤二：确定多模干涉器的长度x。
1、波导内的电磁波满足色散方程的约束，色散方程如下：
上式中，β
m为m阶模式的传播常数，k
ym为m阶模式真空波数，a为MMI宽度，k
0为基模真空波数，n
r为波导内介质折射率。
由以上三式得到β
m的泰勒展开式：
2、定义拍长L
π：由基模和一阶高次模的传播常数计算得来：
3、将拍长L
π再反带入传播常数β
m表达式，简化后建立β
m、β
0阶数m和L
π的关系表达式：
4、波导内的模式展开，计算后表达式内只保留模式数m、拍长L
π和传输长度x；
MMI入口处场函数：
MMI内传输x距离后场函数：
当上式中传输长度x满足下式：
时，即实现
干涉自成像。
步骤三：硅介质实现小型化原理。
根据电磁波介质波长计算公式
(DK为材料的介电常数)可知，同一个频点的整波长尺寸λ
介质会变为真空波长λ的
倍，这样可在保证器件内相同场模式分布数目的情况下大幅压缩结构尺寸。纯硅的介电常数为11.9，通过金属表面硅沉积——硅层蚀刻形成波导内部填充——外侧电镀工艺流程在工程上可实现对矩形十字波导硅介质填充，这样即可保证器件在传输性能不变的前提下实现小型化设计。
进一步的，基于MMI原理的波导装置(如上述图3至图5所示的波导装置)的波导传输性能可以参阅图11、图12以及图13所示。
请参阅图11，图11为本申请实施例提供的一种回波损耗的示意图。
如图11所示，可以看出工作频段为毫米波76～77GHz(λ＝3.9mm)的端口回波损耗S11≤-30dB。
请参阅图12，图12为本申请实施例提供的一种传输插损的示意图。
如图12所示，可以看出工作频段为毫米波76～77GHz(λ＝3.9mm)的传输插损<0.2dB。
请参阅图13，图13为本申请实施例提供的一种传输隔离的示意图。
如图13所示，可以看出工作频段为毫米波76～77GHz(λ＝3.9mm)的隔离度≥37dB。
由上述图11、图12以及图13所示的波导装置的波导传输性能的各项性能指标示意图可以看出，本申请实施例提供的波导装置可以实现76-77GHz射频信号的高传输性能。
在一种可能的实施例中，还提供一种波导装置的制备方法，该制备方法的具体流程如下：
在第一金属层上利用金属表面高介电材料(第一材料)沉积/蚀刻，形成十字结构波导；其中，该十字结构波导包括同层相交的第一腔体和第二腔体，该第一腔体和第二腔体相交于十字结构波导的中心点。
再利用外侧电镀工艺流程，在该十字结构波导的外表面形成金属镀层。
由上述制备方法可知，得到的波导装置的填充介质为介电常数大于第一预设阈值的第一材料，且该十字结构波导的外表面为导电材料。可以理解的是，该第一预设阈值不是一个固定的值，可以根据不同的应用场景而做调整，使得第一材料为满足十字结构波导的高介电填充介质。
示例性的，通过上述波导装置的制备方法，可以得到如上述图3至图5中任一项所示的波导装置，该波导装置具备的结构特性和功能特性可参阅上述图3至图5的描述，此处不再赘述。
在一种可能的实施例中，还提供另一种波导装置的制备方法，该制备方法的具体流程如下：
采用PCB加工工艺使PCB板上布满贯穿上下表面的多个金属化通孔，将这些金属化通孔围成的区域形成十字结构波导的侧面电壁；其中，该十字结构波导包括同层相交的第一腔体和第二腔体，该第一腔体和第二腔体相交于十字结构波导的中心点。
将PCB板的上下金属层作为该十字结构波导的上下电壁。
由上述制备方法可知，得到的波导装置的填充介质为介电常数大于第一预设阈值的第一材料，且该十字结构波导的外表面为导电材料。可以理解的是，该第一预设阈值不是一个固定的值，可以根据不同的应用场景而做调整，使得第一材料为满足十字结构波导的高介电填充介质。
示例性的，通过上述波导装置的制备方法，可以得到如上述图6至图8中任一项所示的波导装置，该波导装置具备的结构特性和功能特性可参阅上述图6至图8的描述，此处不再赘述。
本申请提供了一种雷达或雷达系统，该雷达或雷达系统包括本申请提供的波导装置。需要说明的是，可能存在多种传感器集成的智能传感器，在上述智能传感器包含毫米波探测功 能的情况下，上述智能传感器也可以称为毫米波雷达或毫米波雷达系统。
本申请提供了一种终端设备，该终端设备包括本申请提供的波导装置。举例来说，终端设备可以为交通运输工具，例如汽车、卡车、飞行器、无人机、慢速运输车、太空器、或者船舶等任意可能的场景使用的交通工具，还可以为测绘设备等任意可以搭载毫米波探测装置的设备。该终端设备上部署有一个或多个本申请提供的波导装置。
以上所述，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所述权利要求的保护范围为准。
Claims (19)
- 一种波导装置，其特征在于，包括：十字结构波导；所述十字结构波导包括相交的第一腔体和第二腔体，所述第一腔体和所述第二腔体相交于所述十字结构波导的中心点；所述十字结构波导的填充介质为介电常数大于第一预设阈值的第一材料，所述十字结构波导的外表面为导电材料。
- 根据权利要求1所述的波导装置，其特征在于，所述波导装置还包括金属板，所述十字结构波导位于所述金属板的上层，所述十字结构波导的外表面为金属镀层。
- 根据权利要求1或2所述的波导装置，其特征在于，所述第一材料包括以下至少一项：硅、陶瓷、玻璃。
- 根据权利要求1所述的波导装置，其特征在于，所述波导装置的主体为印制电路板PCB，所述PCB包括贯穿上下表面的多个金属化通孔；所述多个金属化通孔形成的区域为所述十字结构波导。
- 根据权利要求4所述的波导装置，其特征在于，所述第一材料为所述PCB的板材。
- 根据权利要求1至5中任一项所述的波导装置，其特征在于，所述第一腔体包括第一基模输入波导、第一基模和多模匹配波导、第一多模干涉波导；其中，所述第一基模输入波导和所述第一多模干涉波导通过所述第一基模和多模匹配波导连接，所述第一多模干涉波导的宽度大于所述第一基模输入波导的宽度；所述第一基模输入波导用于输入电磁波，所述电磁波经过所述第一基模和多模匹配波导进入所述第一多模干涉波导，所述第一多模干涉波导用于对所述电磁波进行干涉，在所述中心点呈现所述电磁波进入所述第一多模干涉波导处的基模场形。
- 根据权利要求6所述的波导装置，其特征在于，所述第一基模和多模匹配波导与所述第一基模输入波导的连接处为锥形结构，所述第一基模和多模匹配波导与所述第一多模干涉波导的连接处为锥形结构。
- 根据权利要求2或3所述的波导装置，其特征在于，所述第一多模干涉波导的截面尺寸满足以下条件：0.53λ≤a≤0.72λ；其中，所述a为所述第一多模干涉波导的截面的第一边，所述λ为传输的电磁波的真空波长。
- 根据权利要求4或5所述的波导装置，其特征在于，所述第一多模干涉波导的截面尺寸满足以下条件：1.2λ≤a≤1.5λ；其中，所述a为所述第一多模干涉波导的截面的第一边，所述λ为传输的电磁波的真空波长。
- 根据权利要求2或3所述的波导装置，其特征在于，所述第一多模干涉波导的长度满足以下条件：1.9λ≤L3≤2.1λ；其中，所述L3为所述第一多模干涉波导的长度，所述λ为传输的电磁波的真空波长。
- 根据权利要求4或5所述的波导装置，其特征在于，所述第一多模干涉波导的长度满足以下条件：4.8λ≤L3≤5.3λ；其中，所述L3为所述第一多模干涉波导的长度，所述λ为传输的电磁波的真空波长。
- 根据权利要求2或3所述的波导装置，其特征在于，所述第一基模和多模匹配波导的长度满足以下条件：0.13λ≤L2≤0.18λ；其中，所述L2为所述第一基模和多模匹配波导的长度，所述λ为传输的电磁波的真空波长。
- 根据权利要求4或5所述的波导装置，其特征在于，所述第一基模和多模匹配波导的长度满足以下条件：0.3λ≤L2≤0.45λ；其中，所述L2为所述第一基模和多模匹配波导的长度，所述λ为传输的电磁波的真空波长。
- 根据权利要求1至13中任一项所述的波导装置，其特征在于，所述十字结构波导的厚度满足以下条件：0.35W1≤h≤0.6W1；其中，所述h为所述十字结构波导的厚度，所述W1为所述第一基模输入波导的宽度。
- 根据权利要求1至14中任一项所述的波导装置，其特征在于，在所述第一腔体馈电形成电磁流的情况下，所述第二腔体内的磁流密度小于第二预设阈值。
- 根据权利要求1至12中任一项所述的波导装置，其特征在于，所述波导装置中的多个所述十字结构波导级联排列。
- 一种雷达，其特征在于，所述雷达包括权利要求1至16中任一项所述的波导装置。
- 一种终端设备，其特征在于，所述终端设备包括权利要求1至16中任一项所述的波导装置，或权利要求17所述的雷达。
- 一种车端，其特征在于，所述车端包括权利要求1至16中任一项所述的波导装置，或权利要求17所述的雷达，或权利要求18所述的终端设备。
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| WO2024113376A1 true WO2024113376A1 (zh) | 2024-06-06 |
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