CN110416702A - 具有可切换波束图案的天线 - Google Patents

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Abstract

本文公开一种波导天线(200)，其包括：第一多个(220)隙缝(222、224)，其用于在第一共振频率(f1)下产生具有第一辐射图案(301)的波束；和第二多个(230)隙缝(232、234)，其用于在第二共振频率(f2)下产生具有第二辐射图案(302)的波束。本文还公开一种操作所述波导天线(200)的方法，其包括：在第一频率(f1)下操作收发器以检测第一视野中的对象；和在第二频率(f2)下操作所述收发器以检测第二视野中的对象。

Description

具有可切换波束图案的天线
技术领域
本发明涉及一种具有可切换波束图案的天线。
背景技术
常规隙缝波导天线100在图1A和1B中示出。其包括中空金属管102，所述中空金属管102具有与管102的轴向方向z正交的矩形横截面。天线100具有上宽侧104、下宽侧106、左窄侧108和右窄侧110。多个隙缝120、130形成在上宽侧104上，布置成两组。隙缝122、124、126的一组120在上宽侧104的纵向延伸的中心线112的左边形成。隙缝132、134、136的另一组130在上宽侧104的中心线112的右边形成。隙缝120、130的两个组交错在中心线112的相对侧上。对于隙缝的第一组120，隙缝间距128是λg，其中λg是波导中辐射的波长。对于隙缝的第二组130，隙缝间距138也是λg，但隙缝纵向移位0.5λg。也就是说，中心线112的不同侧面上的隙缝的隙缝间距是0.5λg。因此，所有隙缝同相辐射以在宽侧方向上产生主波束，所述宽侧方向即与波导100的纵向方向z正交的y方向。
发明内容
本发明的方面在所附权利要求书中陈述。来自从属权利要求的特征的组合可按需要与独立权利要求的特征组合，且不仅仅是按照权利要求书中所明确地陈述的那样组合。
根据本发明的第一方面，提供一种波导天线，其包括：
第一多个隙缝，其用于在第一共振频率下产生具有第一辐射图案的波束；和
第二多个隙缝，其用于在第二共振频率下产生具有第二辐射图案的波束。
本发明可因此用于在具有通过以处于或接近于第一共振频率的频率输入辐射产生的第一辐射图案的波束与具有通过以处于或接近于第二共振频率的频率输入辐射产生的第二辐射图案的波束之间切换。辐射图案可不同，例如以产生天线的两个不同视野。
在一些实施例中，所述第一多个隙缝根据第一间距间隔开，且所述第二多个隙缝根据第二间距间隔开，其中所述第一间距和所述第二间距不同。
具体地说，第一间距与第一共振频率的比可不同于第二间距与第二共振频率的比。
在一些实施例中，所述第一多个隙缝的间隔为λg1，其中λg1是波导中在所述第一共振频率下的辐射波长。
在一些实施例中，所述第二多个隙缝的间隔为λg2/2，其中λg2是波导中在所述第二共振频率下的辐射波长。
所述第一多个隙缝和所述第二多个隙缝可没置在矩形波导天线的宽侧上。
所述第一多个隙缝和所述第二多个隙缝可设置在所述宽侧的纵向中心线的相对侧上。
所述天线可包括基板集成波导(SIW)。
举例来说，波导天线可具有侧壁，所述侧壁包括介电基板内的导电通孔，天线设置在所述介电基板中。
所述第一共振频率和所述第二共振频率可在雷达频率范围内。
所述第一共振频率和/或所述第二共振频率可在60到90GHz的范围内。
所述第一共振频率和/或所述第二共振频率可在76到81GHz的范围内。
上述频率范围特别适用于汽车雷达应用。
所述第一共振频率和/或所述第二共振频率的带宽可小于2GHz。
这使得第一和第二共振频率能够容纳在约5GHz的频率范围内(例如，76到81GHz范围内)。
所述第一多个隙缝中的每个隙缝的长度可在1mm到1.4mm的范围内。
波导天线可为宽度宽侧在1.4mm到1.6mm范围内的矩形波导天线。
根据本发明的另一方面，提供一种传输器、接收器或收发器，所述收发器包括如上文所限定的波导天线。
根据本发明的另一方面，提供一种操作包括如上文所限定的波导天线的收发器的方法，所述方法包括：
在第一频率下操作收发器以检测第一视野中的对象；和
在第二频率下操作收发器以检测第二视野中的对象。
附图说明
将仅借助于例子参考附图描述本发明的实施例，在附图中类似附图标记是指类似元件，且其中：
图1A和1B分别示出可用于理解本发明的例子波导天线的示意性表示的透视图和平面视图；
图2A和2B分别示出根据本发明的实施例的波导天线的示意性表示的透视图和平面视图；
图3示出针对两个不同的输入频率使用图2A和2B中所示出的波导天线获得的辐射图案。
具体实施方式
参考图2A、2B和3，根据本发明的实施例的波导天线200包括：第一多个隙缝220，其用于在第一共振频率f1下产生具有第一辐射图案301的波束；和第二多个隙缝230，其用于在第二共振频率f2下产生具有第二辐射图案302的波束。
波导天线200包括管202，所述管202具有与管202的轴向方向z正交的大体上矩形横截面。天线200具有上宽侧204、下宽侧206、左窄侧208和右窄侧210。
波导天线200可实施为基板集成波导(SIW)。举例来说，波导天线200可实施在介电基板中，天线200的上宽侧204和下宽侧206由介电基板的上表面和下表面上的相应金属涂层提供，且侧壁208、210使用金属柱的阵列、紧密堆积的通孔或通过金属化凹槽、使用本领域中已知的技术实施在基板内。
第一多个隙缝220和第二多个隙缝230设置在上宽侧204上。第一多个隙缝220中的隙缝222、224在上宽侧204的纵向延伸的中心线212的左边形成。第二多个隙缝230中的隙缝232、234在上宽侧204的中心线212的右边形成。
在此实施例中，第一多个隙缝220根据第一隙缝间距228间隔开λg1，其中λg1是波导中在频率f1下的辐射波长，而第二多个隙缝230根据第二隙缝间距238间隔开λg2/2，其中λg2是波导中在频率f2下的辐射波长。
因此，当具有频率f1的辐射被输入到波导200时，第一多个隙缝220中的邻近隙缝之间的相位差是360°，且第一多个隙缝220因此同相辐射以产生具有第一辐射图案的波束，由图3中所示出的增益曲线301所示出。相比之下，当具有频率f2的辐射被输入到波导200时，第二多个隙缝230中的邻近隙缝之间的相位差是180°，且第二多个隙缝反相辐射以产生具有第二辐射图案的波束，由图3中所示出的增益曲线302所示出。在两种情况下，从波导天线200辐射的波束皆在x方向上极化。如图3中可看出，辐射图案301在零方位角处达到最高，而辐射图案302在方位角的两侧上具有双峰。第二辐射图案302因此比第一辐射图案301显著更宽，由此提供更宽视野。这可用于汽车雷达应用，因为感测紧靠车辆前方的对象需要窄视野，所述对象例如前方车辆，且用于感测周围环境中的对象需要更宽视野，所述对象例如车辆的任一侧的其它车辆和行人。不同辐射图案还可用于提供不同仰角下的信息。允许使用单个天线获得多个视野会使得所需硬件的量减少，且允许仅仅通过切换天线的操作频率来切换视野。技术人员将了解，取决于所需应用可使用其它辐射图案。
第一共振频率f1和第二共振频率f2可分开基本上大于或等于第一和第二共振频率的带宽的频率差。举例来说，第一和第二共振频率中的每一个的带宽可小于2GHz，例如，在1到2GHz的范围内。第一共振频率f1和第二共振频率f2可因此在76到81GHz范围内共存，也就是说，在汽车雷达范围内共存，同时基本上非重叠。因此，有可能通过在处于或接近于第一共振频率f1和第二共振频率f2的频率之间切换波导天线200的输入频率来在第一与第二辐射图案之间切换。
作为第一例子，基于介电常数为3.1的介电基板的基板集成波导(SIW)天线的长度和宽度可分别为8.625mm和1.5mm。第一多个隙缝220可被配置成用于约83GHz的第一共振频率f1，且第二多个隙缝230可被配置成用于约75GHz的第二共振频率f2。举例来说，第一多个隙缝220中的隙缝222、224的长度可为1.2mm，且第二多个隙缝230中的隙缝232、234的长度可为1.3mm。第一多个隙缝220中的隙缝222、224之间的隙缝分离或间距228可为约2.8mm。第二多个隙缝230中的隙缝232、234之间的隙缝分离或间距238可为约1.7mm。所有隙缝222、224、232、234的宽度可为约0.07mm，且隙缝与中心线212的距离在每个侧上可为约50mm。
作为第二例子，上述第一例子的基板集成波导(SIW)天线可被修改成用于与约81GHz的第一共振频率f1和约77GHz的第二共振频率f2一起使用，所述两个频率在汽车雷达频带内。在此第二例子中，第一多个隙缝220中的隙缝222、224的长度可为1.22mm，且第二多个隙缝230中的隙缝232、234的长度可为1.28mm。第一多个隙缝220中的隙缝222、224之间的隙缝分离或间距228可为约3mm。第二多个隙缝230中的隙缝232、234之间的隙缝分离或间距238可为约1.6mm。所有隙缝222、224、232、234的宽度可为约0.07mm，且隙缝与中心线212的距离在每个侧上可为约50mm。
尽管上文已经描述本发明的特定实施例，但应了解，可在所附权利要求书的范围内进行包括添加和/或替代的许多修改。
举例来说，隙缝可被修改成用于在不同共振频率下产生波束和/或改变共振的带宽。还可例如通过改变隙缝相对于中心线212的角度来修改第一和/或第二多个隙缝。在一些实施例中，每个多个隙缝220、230可包括多于两个隙缝。在一些实施例中，可提供多于两个多个隙缝220、230，其中每个被配置成用于在不同相应共振频率下产生辐射波束。波导天线可实施在PCB(印刷电路板)中，作为片上天线，或作为包中天线(AiP)。本发明还可应用于其它类型的波导天线，例如空气填充波导。

Claims (10)

1.一种波导天线，其特征在于，包括：
第一多个隙缝，其用于在第一共振频率下产生具有第一辐射图案的波束；和
第二多个隙缝，其用于在第二共振频率下产生具有第二辐射图案的波束。
2.根据权利要求1所述的波导天线，其特征在于，
所述第一多个隙缝根据第一间距间隔开，且所述第二多个隙缝根据第二间距间隔开，其中所述第一间距与所述第一共振频率的比不同于所述第二间距与所述第二共振频率的比。
3.根据权利要求1所述的波导天线，其特征在于，
所述第一多个隙缝的间隔为λg1，其中λg1是所述波导中在所述第一共振频率下的辐射波长。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的波导天线，其特征在于，
所述第二多个隙缝的间隔为λg2/2，其中λg2是所述波导中在所述第二共振频率下的辐射波长。
5.根据在前的任一项权利要求所述的波导天线，其特征在于，所述第一多个隙缝和所述第二多个隙缝设置在矩形波导天线的宽侧上。
6.根据权利要求5所述的波导天线，其特征在于，所述第一多个隙缝和所述第二多个隙缝设置在所述宽侧的纵向中心线的相对侧上。
7.根据在前的任一项权利要求所述的波导天线，其特征在于，所述天线包括基板集成波导。
8.根据在前的任一项权利要求所述的波导天线，其特征在于，所述第一共振频率和所述第二共振频率在雷达频率范围内。
9.一种传输器、接收器或收发器，其特征在于，包括根据在前的任一项权利要求所述的波导天线。
10.一种操作包括根据权利要求1到8中任一项权利要求所述的波导天线的收发器的方法，其特征在于，包括：
在第一频率下操作所述收发器以检测第一视野中的对象；和
在第二频率下操作所述收发器以检测第二视野中的对象。
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